KR100430024B1 - An ophthalmic lens with multi-layer thin film forming photo-selective color and its controlling method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선택성 칼라를 형성하는 다층 박막 안경렌즈 및 칼라를 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 착색렌즈의 흡수제를 사용한 흡수에 의한 칼라의 형성방법과는 달리, 하드막이 코팅된 플라스틱 안경렌즈에 고진공하의 이온빔 보조증착 방식에 의하여 박막의 균일성과 내구성을 높임과 동시에 볼록면과 오목면 모두에 저굴절률과 고굴절률을 갖는 유전체 박막 두께의 변화를 주면서 교대로 증착하여 볼록면에서는 반사칼라와 투과칼라를 동시에 형성하게 하고, 오목면에서는 투과칼라 향상을 위한 저반사로 제조하여 관측자와 착용자의 색감이 다른 선택성 칼라를 형성하는 다층박막 안경렌즈와, 유전체의 종류와 두께·배열순서를 적절히 조절하여 사용목적에 부합하는 반사칼라와 투과칼라를 제어할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer thin film spectacle lens for forming a selective color and a method of controlling a color, and more particularly, unlike a conventional method for forming a color by absorption using an absorbent of a colored lens, plastic glasses coated with a hard film. By increasing the uniformity and durability of the thin film by the ion beam assisted deposition method under high vacuum at the same time, the film is alternately deposited while changing the thickness of the dielectric thin film having low refractive index and high refractive index on both the convex surface and the concave surface. Multi-layered thin-film spectacle lenses which simultaneously form the transmission color and form the low reflection to improve the transmission color on the concave surface to form a selective color having different colors of the observer and the wearer, and appropriately control the type, thickness and sequence of the dielectric. To control the reflection color and transmission color according to the purpose of use .
본 발명에 따른 다층박막 안경렌즈는 야간운전자용, 자외선 차폐용, 레저용 및 작업용 등의 여러용도에 사용할 수 있다.Multi-layer thin film spectacle lens according to the present invention can be used for various purposes such as night driver, ultraviolet shielding, leisure and work.
Description
본 발명은 선택성 칼라를 형성하는 다층 박막 안경렌즈 및 칼라를 제어하는 방법에 관한 것으로, 특히 안경렌즈의 볼록면과 오목면에 유전체 박막의 증착두께 및 순서를 조절하여 가시광선 대역의 반사광 칼라와 투과광 칼라를 선택적으로 제어함으로써 사용목적에 따라 야간 운전자용, 작업용 또는 레저용 등에 사용할 수 있는 기능성 안경에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer thin film spectacle lens for forming a selective color and a method for controlling the color, and in particular, by adjusting the deposition thickness and order of the dielectric thin film on the convex and concave surfaces of the spectacle lens, the reflected light color and transmitted light in the visible light band are controlled. By selectively controlling the collar, the present invention relates to functional glasses that can be used for night driving, work or leisure, depending on the purpose of use.
종래의 안경렌즈의 다층 박막 기술들은 글래스 또는 플라스틱 재질의 기판(Substrate)위에 고유한 굴절률(Refractive Index)을 갖는 물질을 순차적으로 코팅하여 저반사, 고반사 또는 대역통과 필터(Band-Pass Filter)등의 기능을 부여하는 것이었다.Conventional multi-layered thin film technologies of spectacle lenses are sequentially coated with a material having a unique refractive index on a substrate made of glass or plastic, such as low reflection, high reflection, or band-pass filter. It was to give a function of.
글래스의 경우는 도 1에 나타낸 바와 같이, 평균 반사율이 일반적으로 4% 정도이다. 이를 저굴절률 물질인 SiO2와 고굴절률 물질인 ZrO2를 순차적으로 22번 반복 증착하여 460∼580nm의 파장대역에서 100% 반사되도록 증착하는데, 이와 같은방식의 증착을 고반사 코팅이라고 한다. 반대의 개념으로 반사율을 최대로 줄이고, 반사율을 줄이는 만큼 투과율을 높이는 목적으로 증착을 하는 것이 저반사 코팅이다.In the case of glass, as shown in FIG. 1, the average reflectance is generally about 4%. The low refractive index material SiO 2 and the high refractive index material ZrO 2 are sequentially deposited repeatedly 22 times to deposit 100% reflection in the wavelength range of 460 to 580 nm. This type of deposition is called a high reflection coating. On the contrary, a low reflection coating is used to reduce the reflectance to the maximum and to increase the transmittance by reducing the reflectance.
저반사 코팅의 결과는 도 2에 나타낸 바와 같으며, 저반사 코팅 역시 SiO2와 ZrO2의 두 물질을 번갈아 증착함으로써 제작되며, 사용 목적에 맞게 유전체들의 증착 두께를 조절하고 순서를 적당히 조절한 것이다. 그 결과로 반사율이 4% 이상 되는 글래스에 유전체들을 증착하면 반사율을 2% 이하로 낮출수 있고, 그와 함께 평균 반사가 낮아져 투과가 좋아지는 효과를 얻을 수 있다. 일반적인 안경렌즈들은 상기의 저반사 다층 증착으로 반사율을 낮추어 증착전의 렌즈에 비해 더욱 좋은 투과율을 확보하고 있다.The result of the low reflection coating is shown in FIG. 2, and the low reflection coating is also manufactured by alternately depositing two materials, SiO 2 and ZrO 2 , and adjusts the deposition thickness of the dielectrics and adjusts the order according to the purpose of use. . As a result, depositing dielectrics on glass having a reflectance of 4% or more can lower the reflectance to 2% or less, and at the same time, the average reflection is lowered, thereby improving the transmission. In general, the spectacle lenses have a lower reflectance due to the low reflection multilayer deposition, thereby securing a better transmittance than the lenses before deposition.
그러나, 상술한 바와 같은 안경렌즈의 빛의 투과를 최대화하기 위한 저반사 디자인을 함에 따라 색상의 선택이 극히 제한되어 있어 개성을 추구하는 현대인의 개인별 성향을 만족시킬 수 없다. 또한 투과도를 높일 경우 선명도는 좋으나 외부의 노출에 자유롭지 못하고 눈의 보호기능이 미흡하다.However, according to the low reflection design for maximizing the light transmission of the spectacle lens as described above, the selection of colors is extremely limited and cannot satisfy the individual tendency of the modern man pursuing individuality. In addition, if the transmittance is increased, the clarity is good, but it is not free from external exposure and the eye protection function is insufficient.
한편, 도 3은 착색을 이용한 칼라 형성의 과정을 나타낸 것으로서, 안경을 통과한 빛은 투과도가 떨어지고 자연빛이 아닌 안경에 첨가한 색소의 색상으로 투과된다. 상기 착색을 이용한 칼라 형성방법은 색소의 색상에 대응하는 파장대의 칼라를 흡수하기 때문에 반사칼라는 입사광과 같은 파장을 갖는다. 그러나, 렌즈자체가 흡수를 통한 색상을 띠게 되어 렌즈 자체가 색상을 가지게 되며 이로 인해 반사되는 쪽과 투과되는 쪽 모두 같은 색상을 가지게 된다.On the other hand, Figure 3 shows the process of color formation using coloring, the light passing through the glasses is less transmittance is transmitted to the color of the pigment added to the glasses, not natural light. Since the color formation method using the coloring absorbs the color of the wavelength band corresponding to the color of the dye, the reflection color has the same wavelength as the incident light. However, the lens itself has a color through absorption, so that the lens itself has a color, and thus the reflecting side and the transmitting side have the same color.
또한, 흡수를 통한 칼라 형성 과정이므로 자체적인 이 흡수는 반사와 투과의 빛의 세기에 대한 손실을 일으키며 렌즈에 투입된 흡수제는 빛에 장기간 노출됨에 따라 물성의 변화가 생겨 흡수파장의 변형이 발생하며 이로 인해 색상의 변색 및 투과반사의 변화를 가져오는 문제를 발생한다.In addition, because of the color formation process through absorption, this absorption itself causes a loss of light intensity of reflection and transmission, and the absorbent injected into the lens changes its physical properties as it is exposed to light for a long time. This results in a problem of discoloration and change of transmission reflection.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여, 종래의 칼라렌즈에서의 빛의 흡수를 통한 착색 기술과는 달리, 고진공에서 안경렌즈에 증착되는 굴절률이 서로 다른 유전체 다층박막을 이용하여 가시광선 대역의 칼라들을 임의로 선택할 수 있도록 설계된 반사칼라와 투과칼라를 형성하도록 함으로써 다각도의 색감변화를 적절히 활용하여 소비자의 패션 감각에 부합하고 야간 운전자용, 작업용, 레저용 등의 사용목적에 적합한 선택성 칼라를 형성하는 안경렌즈를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problem, the present invention, unlike the conventional technique of the absorption of light in the color lens, the color of the visible light band using a dielectric multilayer thin film having a different refractive index deposited on the spectacle lens in high vacuum Glasses that form reflective colors and transmissive colors designed to select them arbitrarily to suit consumer's fashion sense by using various angles of color change and form a selective color suitable for the purpose of night driver, work and leisure use The purpose is to provide a lens.
또한 본 발명에서는 가시광선 대역의 임의의 칼라를 얻기 위하여 하드막이 코팅된 안경렌즈의 볼록면에는 5층의 유전체 박막층으로 이루어진 고반사대역을 형성하고, 오목면에는 4층의 유전체 박막층으로 이루어진 저반사 대역을 형성함으로써 유전체의 종류 및 배열순서, 박막층의 두께를 조절하여 원하고자 하는 반사칼라및 투과칼라를 얻도록 제어할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Also, in the present invention, in order to obtain an arbitrary color of the visible light band, a high reflection band consisting of five dielectric thin film layers is formed on the convex surface of the spectacle lens coated with a hard film, and low reflection consisting of four dielectric thin film layers on the concave surface. It is an object of the present invention to provide a method capable of controlling to obtain a desired reflection color and transmission color by adjusting the type and arrangement order of dielectrics and the thickness of a thin film layer by forming a band.
도 1은 일반적인 글래스와 종래의 고반사 코팅 처리된 글래스의 반사율을 비교한 것이고,1 is a comparison of the reflectance of the conventional glass and the conventional high reflection coating glass,
도 2는 일반적인 글래스와 종래의 저반사 코팅 처리된 글래스의 반사율을 비교한 것이고,2 is a comparison of the reflectance between the conventional glass and the conventional low reflection coating glass,
도 3은 종래의 착색방법을 통해 칼라를 형성하는 칼라렌즈이고,3 is a color lens for forming a color through a conventional coloring method,
도 4는 본 발명의 원리에 따른 입사광에 대한 반사 및 투과칼라이고,4 is a reflection and transmission color for incident light according to the principles of the present invention,
도 5는 반사 스펙트럼과 투과 스펙트럼을 비교한 것이고,5 is a comparison of the reflection spectrum and the transmission spectrum,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 다층박막 칼라렌즈의 단면도 및 측면도이고,6 and 7 are cross-sectional views and side views of the multilayer thin film lens according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 유전체 다층박막 후 반사 스펙트럼의 변화를 나타낸 것이고,Figure 8 shows the change in the reflection spectrum after the dielectric multilayer thin film according to the present invention,
도 9는 본 발명에 따른 다층박막 안경렌즈에서 형성된 오렌지 칼라의 투과율과 착색렌즈의 투과율을 비교한 것이다.Figure 9 compares the transmittance of the orange color formed in the multilayer thin-film spectacle lens according to the present invention and the transmittance of the colored lens.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1: 플라스틱 렌즈 2a,2b: 하드박막1: plastic lens 2a, 2b: hard thin film
3,4a,4b,5a,5b,6a,6b,7a,7b: 유전체 박막층3,4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b: dielectric thin film layer
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다층박막으로 이루어진 안경렌즈에 있어서, 하드막이 코팅된 플라스틱 안경렌즈에 고진공하의 이온빔 보조증착 방식에 의하여 박막의 균일성과 내구성을 높임과 동시에 볼록면과 오목면 모두에 저굴절률과 고굴절률을 갖는 유전체 박막을 교대로 증착하여 볼록면에서는 가시광선 대역의 파장에서 원하는 칼라를 얻을 수 있는 파장(λ0)에 대하여 반사율을 증가시켜 반사칼라를 형성하고, 오목면에서는 파장 λ0을 제외한 나머지 대역의 파장들에 대하여는 투과율을 증가시켜 반사칼라와 보상관계에 있는 파장(λ1)의 투과칼라를 형성하여 색감 및 기능을 달리하는 선택성 칼라를 형성하는 다층박막 안경렌즈임을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the spectacle lens made of a multi-layer thin film, by increasing the uniformity and durability of the thin film by the ion beam auxiliary deposition method under high vacuum to the plastic spectacle lens coated with a hard film at the same time convex surface and concave surface Dielectric films having low refractive index and high refractive index are alternately deposited on all of them. On the convex surface, reflecting color is increased by increasing the reflectance with respect to the wavelength (λ 0 ) to obtain a desired color in the wavelength of visible light band. Multi-layer thin-film spectacle lens that increases the transmittance for the wavelengths other than the wavelength λ 0 to form a transmission color having a wavelength (λ 1 ) compensating with the reflective color to form a selective color that differs in color and function. It is characterized by that.
또한 본 발명은 플라스틱 렌즈의 볼록면에는 입사된 가시광선 대역의 파장중에서 선택된 임의의 파장에서 고반사가 일어날 수 있도록 하드막 위에 빛의 반사에 주기능을 갖는 유전체 박막층과 반사세기를 크게 하는 유전체 박막층과 원하는 칼라를 형성하는 유전체 박막층으로 이루어진 구조에 의하여 반사칼라를 형성하게 하고, 렌즈의 오목면에는 단파장 빛의 투과차단과 볼록면에서 반사되는 칼라의 영향을 방지하기 위하여 유전체 박막층들로 이루어진 구조에 의하여 투과칼라를 형성하게 하여 선택성 칼라를 제어하는 방법임을 그 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a convex surface of the plastic lens, the dielectric thin film layer having a main function in the reflection of light on the hard film so that the high reflection occurs at any wavelength selected from the wavelength of the visible light band incident to the convex surface of the plastic lens and the dielectric thin film layer to increase the reflection intensity And a dielectric thin film layer forming a desired color. The reflective color is formed on the concave surface of the lens to prevent the short-wavelength light transmission and the influence of the color reflected from the convex surface. And a method of controlling the selective color by forming a transmission color.
이하, 본 발명의 반사칼라와 투과칼라가 나타나는 작용원리에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the principle of operation of the reflection color and the transmission color of the present invention will be described.
기판으로 사용되는 글래스나 플라스틱에서는 400∼700nm까지의 가시광선 대역의 반사율이 거의 같으므로 특정한 칼라가 관측되지 않는 것과는 달리, 유전체 박막을 다층 증착하였을 때, 반사 스펙트럼이 파장대 별로 다르게 관측되는데 각 고유 파장대의 칼라가 그 파장에서의 반사계수 만큼의 반사세기로 우리 눈에 자극이 되어 색상이 관측되게 된다. 예컨데 도 2에서의 저반사 다층 박막의 경우 520nm에서의 상대적인 반사값이 나머지 다른 파장에서의 값보다 높으므로 관측자의 눈에는 녹색의 색상으로 관측된다.In the glass or plastic used as the substrate, the reflectance of the visible light band from 400 to 700 nm is almost the same, so that when a specific color is not observed, the reflection spectrum is observed differently depending on the wavelength band. The color of is stimulated by our eyes with the reflection intensity as the reflection coefficient at that wavelength, and the color is observed. For example, in the case of the low reflection multilayer thin film of FIG. 2, since the relative reflection value at 520 nm is higher than that at the other wavelengths, the viewer's eye is observed in green color.
마찬가지 이유로 투과되는 쪽에서도 색상이 관측되는데 상대적으로 앞면 반사가 적은 파장의 빛이 투과되면서 고유한 투과 색상을 갖게 되는 것이다.For the same reason, color is also observed on the transmitted side, and light having a relatively small front reflection is transmitted and thus has a unique transmission color.
도 4에서와 같이 400∼700nm의 전 파장 대역의 같은 빛의 세기를 갖는 가시광선이 어떤 유전체 다층 박막에 입사하였을 때, 이 유전체 박막에 입사된 가시광선 대역의 빛 중에서 650nm 파장(λ0)에서의 반사가 다른 파장에서 보다 상대적으로 많다면 반사광의 세기 중 650nm 파장대역의 세기가 많아질 것이며 이로 인해 반사칼라는 붉은 계통이 된다. 투과측면에서 보면 상대적으로 붉은 계통의 빛의 투과가 줄어드는 효과로 반대색상인 480nm 파장(λ1)의 푸른 색상 대역의 투과가 많아지고 이로 인해 투과되는 칼라는 푸른 대역의 색상이 관측된다.As shown in FIG. 4, when visible light having the same light intensity in the entire wavelength band of 400 to 700 nm is incident on a dielectric multilayer thin film, at 650 nm wavelength (λ 0 ) of the visible light band incident on the dielectric thin film. If the reflection is more than that at other wavelengths, the intensity of the 650nm wavelength band of the reflected light will be increased, and the reflected color becomes a red color. In terms of transmission, the transmission of the blue color band of 480 nm wavelength (λ 1 ), which is the opposite color, is increased due to the decrease in the transmission of light of a red system, and the color of the transmitted color is observed in the blue band.
도 5는 반사 스펙트럼과 투과 스펙트럼을 비교한 것인데, 흡수를 무시한다면 반사율과 투과율의 합이 100%이므로 반사율과 투과율은 서로 보상관계에 있으며 이로 인해 반사광이 붉은 계통이라면 투과색상은 푸른 계통이 됨을 알 수 있다.5 is a comparison of the reflection spectrum and the transmission spectrum. If the absorption is ignored, the sum of the reflectance and the transmittance is 100%, so the reflectance and the transmittance are compensating with each other. Thus, if the reflected light is a red system, the transmission color becomes a blue system. Can be.
이하, 본 발명에 따른 선택성 칼라를 형성하는 다층 박막 안경렌즈 제조 및 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing and controlling a multilayer thin film spectacle lens for forming a selective color according to the present invention will be described in detail.
하드막 코팅Hard membrane coating
본 발명에서 사용한 기판(Substrate)은 플라스틱 렌즈이며, 1.5∼1.7의 굴절률을 가지는 중굴절 또는 고굴절 렌즈이다.The substrate used in the present invention is a plastic lens and is a medium or high refractive lens having a refractive index of 1.5 to 1.7.
상기의 렌즈를 사용하여 렌즈의 볼록면과 오목면 모두에 하드막 강화를 위해 침지 코팅(Dip coating)방식으로 하드 코팅을 수행한다. 코팅 물질로는 사용기판의 종류에 따라 1.55∼1.62의 범위의 굴절률을 갖는 실리카 계열의 하드막을 두께 2∼3㎛로 코팅한다.Using the lens, hard coating is performed on both the convex and concave surfaces of the lens by dip coating to harden the film. As a coating material, a silica-based hard film having a refractive index in the range of 1.55 to 1.62 is coated with a thickness of 2 to 3 μm depending on the type of substrate used.
유전체 박막 다층 증착Dielectric Thin Film Deposition
상기의 기판을 챔버내에 위치시킨 후, 진공펌프를 사용하여 3.0 ×10-5Torr 까지 진공 감압 후, 아르곤 가스를 이용하여 렌즈식각으로 원자단위의 세척을 실시해 박막밀착을 극대화할 수 있게 한 다음, 고압을 인가한 필라멘트의 열전자들을 사용하는 전자빔 방식으로 유전체인 목표물에 충돌시켜 분자단위의 균일한 유전체 박막을 기판위에 증착한다.After placing the substrate in the chamber, vacuum decompression to 3.0 × 10 -5 Torr using a vacuum pump, and then cleaning with atomic units by lens etching using argon gas to maximize the adhesion of the thin film, A uniform dielectric thin film in molecular units is deposited on a substrate by colliding with a target, which is a dielectric, in an electron beam method using hot electrons of a filament applied with high pressure.
도 6 및 도 7은 기판의 앞면과 뒷면에 유전체들이 형성된 것을 나타낸 것으로서, +는 볼록부분인 앞면이고 -는 오목부분인 뒷면이다. 유전체 SiO2의 박막층(3)을 하드박막(2a)위에 빛의 반사를 고려하여 증착한 후, 유전체 ZrO2의 박막층(4a)와 유전체 SiO2의 박막층(5a)를 선택된 파장의 반사세기를 크게하기 위하여 유전체 SiO2의 박막층(3)이 증착된 표면에 가스량이 조절되고 산소를 이온화시킨 이온빔과 같이 증착하여 기둥구조를 조밀하게 형성함과 동시에 박막의 균일성과 내구성을 높인다.6 and 7 show that dielectrics are formed on the front and rear surfaces of the substrate, wherein + is the front surface of the convex portion and − is the back surface of the concave portion. After the thin film layer 3 of dielectric SiO 2 is deposited on the hard thin film 2a in consideration of the reflection of light, the thin film layer 4a of dielectric ZrO 2 and the thin film layer 5a of dielectric SiO 2 have a large reflection intensity at a selected wavelength. To this end, the amount of gas is controlled on the surface on which the thin film layer 3 of the dielectric SiO 2 is deposited, and is deposited together with an ion beam ionized with oxygen to form a columnar structure and increase the uniformity and durability of the thin film.
반사칼라의 형성에 있어서 중요시 되는 유전체 ZrO2의 박막층(6a) 및 SiO2의 박막층(7a)은 원하고자 하는 칼라를 갖도록 박막을 설계한 후, 유전체 SiO2의 박막층(5a)표면에 증착되도록 한다.The thin film layer 6a of the dielectric ZrO 2 and the thin film layer 7a of the SiO 2 , which are important for the formation of the reflective color, are designed to have a desired color and then deposited on the surface of the thin film layer 5a of the dielectric SiO 2 . .
투과칼라의 형성을 위한 렌즈의 뒷면인 오목면에도 하드막(2b)이 코팅된 표면에 단파장 대역의 투과를 차단할 수 있도록 유전체 ZrO2박막층(4b) 및 유전체 SiO2박막층(5b)에 증착한 후, 다시 그 위에 반복하여 유전체 ZrO2박막층(6b)와 SiO2박막층(7b)를 증착하여 볼록면의 표면에서 반사되는 색상의 영향을 방지함과 동시에 선명한 시야를 확보할 수 있는 저반사구조로 설계한다.After being deposited on the dielectric ZrO 2 thin film layer 4b and the dielectric SiO 2 thin film layer 5b to block the transmission of the short wavelength band on the surface where the hard film 2b is coated on the concave surface, which is the back surface of the lens for forming the transmission color, In addition, the dielectric ZrO 2 thin film layer 6b and the SiO 2 thin film layer 7b are repeatedly deposited thereon to prevent the influence of color reflected from the surface of the convex surface and to design a low reflection structure that can secure a clear field of view. do.
본 발명에서는 상기 과정을 통하여 기판위에 박막이 증착되고 이 박막들이 반사 및 투과패턴을 형성하는 바, 반사 및 투과 패턴을 제어할 수 있는 요소들로는 유전체의 선택, 유전체 박막의 두께, 유전체 배열의 순서, 진공 증착 챔버내의 온도, 유전체 증착방식, 챔버내의 진공도이다.In the present invention, a thin film is deposited on the substrate through the above process, and the thin films form a reflective and transmissive pattern. The elements that can control the reflective and transmissive pattern include the selection of a dielectric material, the thickness of the dielectric thin film, the sequence of the dielectric array, The temperature in the vacuum deposition chamber, the dielectric deposition method, and the degree of vacuum in the chamber.
이러한 요소들 가운데 유전체의 선택, 유전체 박막의 두께 및 유전체 배열의순서가 본 발명의 칼라들을 형성하게 하는 주요 요소이다.Among these elements, the choice of dielectric, the thickness of the dielectric thin film, and the order of the dielectric arrangement are the main factors that make up the colors of the present invention.
본 발명에서는 일 실시예로 선택된 유전체로서 SiO2및 ZrO2를 사용하였지만 굴절률이 비슷한 다른 유전체의 사용도 가능하다. 사용할 수 있는 유전체로는 1.46의 굴절률을 갖는 SiO2대신에 비슷한 굴절률을 갖는 MgF2(n:굴절률 n=1.35), LiF(n=1.36), NaF(n=1.34), CeF3(n=1.59), CeF2(n=1.23), Al2O3(n=1.56) 등을 사용할 수 있다. 또한 2.06의 굴절률을 갖는 ZrO2대신에 비슷한 굴절률을 갖는 TiO2(n=2.2), ITO(n=2.2), Y2O3(n=1.82), ZnS(n=2.35), La2O3,(n=1.95) 등을 사용할 수 있다.In the present invention, SiO 2 and ZrO 2 are used as the dielectric material selected as an embodiment, but other dielectrics having similar refractive indices may be used. Dielectrics that can be used include MgF 2 (n: refractive index n = 1.35), LiF (n = 1.36), NaF (n = 1.34), CeF 3 (n = 1.59) with similar refractive index instead of SiO 2 with a refractive index of 1.46. ), CeF 2 (n = 1.23), Al 2 O 3 (n = 1.56) and the like can be used. Also, instead of ZrO 2 with a refractive index of 2.06, TiO 2 (n = 2.2), ITO (n = 2.2), Y 2 O 3 (n = 1.82), ZnS (n = 2.35), La 2 O 3 with similar refractive indices , (n = 1.95) and the like can be used.
유전체의 배열순서는 선택된 유전체의 굴절률에 따라 증착순서를 결정하고, 유전체 박막의 두께는 박막설계에 따라 적당한 두께로 유전체 박막을 형성시킨다. 이러한 유전체 배열의 순서 및 두께는 각 파장 대역의 광학적 어드미턴스로 계산할 수 있으며 박막 제작의 목적에 맞게 조절할 수 있다. 보통은 기준 파장의 1/4배의 길이를 기준으로 설계하고 이를 약간씩 변형하여 설계를 한다.The order of dielectric arrangement determines the deposition order according to the refractive index of the selected dielectric, and the thickness of the dielectric thin film forms a dielectric thin film with an appropriate thickness according to the thin film design. The order and thickness of the dielectric array can be calculated by the optical admittance of each wavelength band and can be adjusted according to the purpose of thin film fabrication. Usually, the design is based on the length of 1/4 times the reference wavelength and slightly modified.
또한 유전체 배열의 순서와 두께는 선택 파장에 따라 변경할 수 있으며 진공챔버의 진공도, 진공챔버의 온도 또는 박막의 증착상태에 따라 변경될 수도 있다.In addition, the order and thickness of the dielectric array may be changed according to the selected wavelength and may be changed depending on the vacuum degree of the vacuum chamber, the temperature of the vacuum chamber, or the deposition state of the thin film.
상기의 과정을 통하여 선택된 유전체, 배열순서 및 두께의 결과로 입사되는 빛의 세기에 대해 각 층에서 반사세기, 투과세기 및 빛의 위상이 변화되며 각 층의 역할에 따라 최종 반사세기 및 투과세기가 결정된다.Through the above process, the reflection intensity, transmission intensity, and phase of light change in each layer with respect to the incident light intensity as a result of the selected dielectric, arrangement order, and thickness. Is determined.
이하, 본 발명의 실시예를 설명하겠는 바, 다음 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the Examples of the present invention will be described, but the following Examples do not limit the scope of the present invention.
실시예 1Example 1
굴절률이 1.52인 중굴절 플라스틱 렌즈 볼록면 위에 굴절률이 1.5504인 실리카 계열의 하드막을 침지 코팅(Dip Coating)방식으로 2㎛의 두께로 코팅한 후, 상기 렌즈 기판을 진공 챔버내에 위치 시키고 진공펌프를 사용하여 3.0 ×10-5Torr의 진공으로 감압한다. 그리고 나서, 전자빔을 가속시켜 증착을 실시하는데, 박막의 균일성과 물성을 높이기 위하여 산소를 이온화시켜 이온화 에너지를 기판에 조사시키며 증착한다. 이러한 방법으로 렌즈의 앞면과 뒷면에 저굴절률 유전체 SiO2와 고굴절률 유전체 ZrO2를 교대로 증착한다.After coating a silica-based hard film having a refractive index of 1.5504 on the convex surface of the medium refractive plastic lens having a refractive index of 1.52 to a thickness of 2 μm by a dip coating method, the lens substrate is placed in a vacuum chamber and a vacuum pump is used. To a vacuum of 3.0 × 10 −5 Torr. Then, the deposition is carried out by accelerating the electron beam. In order to increase the uniformity and the physical properties of the thin film, oxygen is ionized to irradiate the substrate with ionization energy. In this way, a low refractive index dielectric SiO 2 and a high refractive index dielectric ZrO 2 are alternately deposited on the front and rear surfaces of the lens.
이때, 원하고자 하는 반사칼라 파장의 반사율이 증가하도록 다음 수학식 1에 따라 각 유전체 박막에서 반사되는 파장의 위상(φv)을 결정한다.At this time, the phase φ v of the wavelength reflected from each dielectric thin film is determined in accordance with Equation 1 to increase the reflectance of the desired reflecting color wavelength.
여기에서 v는 각 유전체이고, n은 굴절률, d는 광학적 두께, θ는 입사각이다. 5층 박막의 경우 반사계수는 φ= φ1+ φ2+ φ3+ φ4+ φ5+ φ6의 위상결합으로λ0반사율(R)이 30%(0.03)가 되도록 하기 위해서 최종 토탈 광학적 어드미턴스는 0.29218이 되며, 이를 수학적 행렬메트릭스를 이용하여 도출한 다음 수학식 2에서 앞면의 유전체들의 두께, 수학식 3에서 뒷면의 유전체들의 두께값이 결정된다.Where v is each dielectric, n is refractive index, d is optical thickness, and θ is the angle of incidence. In the case of the five-layer thin film, the reflection coefficient is φ = φ 1 + φ 2 + φ 3 + φ 4 + φ 5 + φ 6 with the final total optical for the λ 0 reflectance (R) to be 30% (0.03). The admittance is 0.29218, which is derived using mathematical matrix metrics, and then the thicknesses of the dielectrics on the front side are determined in Equation 2, and the thickness values of the dielectrics on the back side in Equation 3 are determined.
여기에서 SiO2의 굴절률 ns, ZrO2의 굴절률 nz이고 dn은 박막의 설계두께이며Where refractive index n s of SiO 2 , refractive index n z of ZrO 2 , d n is the design thickness of the thin film
A는 SiO2의 실제두께와 박막설계상의 박막두께의 보정값이고, B는 ZrO2의 실제두께와 박막설계상의 박막두께의 보정값이다.A is a correction value of the actual thickness of SiO 2 and the thin film thickness in the thin film design, and B is a correction value of the actual thickness of ZrO 2 and the thin film thickness in the thin film design.
따라서 SiO2층들의 실제 박막두께 = Si02층의 설계 두께 × A가 되며, ZrO2층들의 실제박막두께 = ZrO2층의 설계두께 × B가 되도록 증착한다.Therefore SiO is the actual film thickness = Si0 design × A thickness of the second layer of the second layer, is deposited such that the design thickness of the actual film thickness × B = ZrO 2 layers of the ZrO 2 layer.
상기 방법으로 유전체 다층 박막의 증착 후, 측정한 반사스펙트럼의 변화는 도 8에 나타낸 바와 같으며 저반사가 일어나는 렌즈 뒷면 투과칼라는 저반사 대역의 영향으로 착용자는 푸른색 색감을 느끼고, 고반사가 일어나는 렌즈 앞면의 반사칼라는 고반사대역의 영향으로 관측자가 오렌지 색감과 렌즈자체의 푸른색 색감을 동시에 느끼는 것을 확인하였다.After the deposition of the dielectric multilayer thin film by the above method, the change in the measured reflectance spectrum is shown in FIG. 8, and the wearer feels blue color due to the low reflection band due to the low reflection band of the lens on which the low reflection occurs. The reflection color on the front of the lens showed that the observer felt both orange color and blue color of the lens itself due to the high reflection band.
비교예 1Comparative Example 1
착색 안경렌즈와 본 발명에 의한 다층박막 안경렌즈와의 투과율 비교Comparison of Transmittance between Colored Spectacle Lens and Multi-layer Thin Film Spectacle Lens According to the Present Invention
상기 실시예 1에서 제조한 오렌지 색상의 다층 박막 안경렌즈와 종래의 착색안경렌즈의 투과율을 측정하였다. 도 9에 도시한 바와 같이 착색렌즈에 비해 본 발명의 다층 박막 안경렌즈에서 더욱 향상된 투과율을 나타내었다.The transmittances of the multilayer orange thin-film spectacle lens and the conventional colored spectacle lens prepared in Example 1 were measured. As shown in FIG. 9, the transmittance was further improved in the multilayer thin film spectacle lens of the present invention compared to the colored lens.
상기의 실시예 및 비교예의 결과를 통하여 알수 있듯이, 착색렌즈는 가시광선 영역의 투과가 현저히 감소함으로써 파장을 선택적으로 제어하기 어려운 것과는 달리, 본 발명의 다층박막 안경렌즈는 유전체 박막의 두께 및 배열순서만으로도 반사율과 투과율의 적절한 조화로 렌즈표면의 관측자의 반사칼라 및 착용자의 투과칼라를 각기 다르게 조절할 수 있어 소비자의 선호도에 부합시킬 수 있다.As can be seen from the results of the above examples and comparative examples, unlike the colored lens is difficult to selectively control the wavelength due to the significantly reduced transmission of visible light region, the multilayer thin film spectacle lens of the present invention is the thickness and arrangement order of the dielectric thin film By adjusting the reflectance and transmittance alone, the reflector's reflection color and the wearer's transmission color on the lens surface can be adjusted differently to meet the consumer's preference.
또한 본 발명에서는 기존의 착색렌즈가 가지는 빛의 흡수로 인한 투과율 손실을 보완할 수 있으며 렌즈 표면의 고반사 특성에도 불구하고 안경 착용자는 렌즈표면의 반사칼라와 상관없이 자연광에 가까운 투과색감을 유지할 수 있으며, 착색렌즈는 흡수제를 통한 빛의 착색효과를 이용하기 때문에 자연광에 장기간 노출되었을 때, 색상의 변화 및 투과도의 변화를 일으키는데 반해 유전체 박막으로 이루어진 칼라렌즈는 투과 및 반사특성에 변화가 거의 없다.In addition, the present invention can compensate for the loss of transmittance due to the absorption of light of the conventional colored lens, and despite the high reflection characteristics of the lens surface, the wearer of the glasses can maintain a transmission color close to natural light regardless of the reflection color of the lens surface. In addition, since the colored lens utilizes the coloring effect of light through the absorbent, when it is exposed to natural light for a long time, it causes color change and transmittance change, whereas the color lens made of the dielectric thin film has little change in transmission and reflection characteristics.
따라서, 본 발명에서는 상기의 특성을 이용하여 가시광선 영역의 특정파장대를 고반사로 설계하고 나머지 대역은 저반사로 설계하여 야간 운전자용, 레저용 및 작업용 등의 여러용도에 사용할 수 있으며 자외선 등의 단파장 대역의 반사와 투과비를 적절히 설정하여 금속물질을 사용하여 자외선을 차단하는 고글이나 자외선 흡수제를 사용하는 착색의 선그라스 보다도 투과율이 향상된 칼라렌즈로서 이용할 수 있다.Therefore, in the present invention, by using the above characteristics, the specific wavelength band of the visible light region is designed with high reflection and the remaining band is designed with low reflection so that it can be used for various purposes such as night driver, leisure and work, It can be used as a color lens with improved transmittance than goggles that use a metal material to block ultraviolet rays by appropriately setting the reflection and transmission ratio of the short wavelength band or colored sunglasses using an ultraviolet absorber.
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