KR20020074635A

KR20020074635A - 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈

Info

Publication number: KR20020074635A
Application number: KR1020010014528A
Authority: KR
Inventors: 정연홍; 정정용; 현성환
Original assignee: 한독옵텍 주식회사
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-10-04
Also published as: KR100403902B1

Abstract

본 발명은 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하드막이 코팅된 플라스틱 안경렌즈에 고진공하의 이온빔 보조증착 방식에 의하여 볼록면과 오목면 모두에 저굴절률과 고굴절률을 갖는 유전체 박막을 교대로 여러번 반복증착하여 자외선파장 340∼400nm 대역에서는 표면반사를 최대화시키고, 가시광선 파장 대역에서는 표면반사를 최소화시킬 수 있도록 유전체 박막 두께를 조절한 다층박막으로 이루어진 안경렌즈이다.

본 발명에 따른 다층박막 안경렌즈는 종래 자외선 흡수효과를 높이기 위하여 과량의 벤조트리아졸계 화합물을 사용하여 황변현상 및 내구성 저하를 초래하던 기존의 자외선 차폐용 안경렌즈를 대체할 수 있다.

Description

자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈{AN OPHTHALMIC LENS WITH MULTI-LAYER THIN FILM FOR SHIELDING ULTRA VIOLET WAVELENGTH}

본 발명은 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈에 관한 것으로, 특히 유전체 다층박막을 안경렌즈의 볼록면과 오목면에 증착하여 자외선 대역의 파장을 고반사에 의해 차단하고, 가시광선 대역의 파장은 저반사에 의해 투과율을 향상시켜 눈의 보호와 선명한 시야를 확보할 수 있는 안경렌즈에 관한 것이다.

태양광선 및 여러 가지 인공 광원에 포함된 자외선은 단파장대의 광선으로서 사람의 눈에 직접 쐬이거나 차폐가 완전하게 안된 상태에서 장시간 노출되어 있을 때는 눈의 피로 및 각막염 등의 눈병이 생길 수 있다.

따라서, 자외선 투과를 차단하기 위하여 자외선 대역의 파장들을 흡수할 수 있는 흡수제를 안경의 재료가 되는 모노머(Monomer)에 첨가해 생산되는 안경렌즈를 이용하고 있다. 이러한 흡수제로는 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 살리실산 페닐계 화합물, 트리아진계 화합물 등이 사용될 수 있으나 렌즈의 성형(Casting)시 모노머와 상용성 등을 고려하여 벤조트리아졸계 화합물이 주로 쓰이고 있다.

도 1은 벤조트리아졸계의 화합물을 사용하여 일반적으로 처방한 안경렌즈의 자외선의 흡수효과를 나타낸 것으로서, 투과율의 측면에서 살펴보면 380nm∼400nm 대역까지는 완전한 차폐효과를 얻지 못하고 있는 것을 알 수 있으며 따라서, 이 대역의 차폐효과를 높이기 위해 자외선 흡수제를 과량으로 첨가하여 차폐효과를 보완하고 있는 실정이다. 그러나, 이러한 벤조트리아졸계 화합물의 과량 첨가는 분자변형에 의해 렌즈가 노란색으로 변색이 일어나고 투과율이 떨어지는 황변현상및 내구성 저하 등의 물성의 변화가 일어나는 문제가 발생하고 있다.

따라서, 본 발명에서 자외선 흡수물질만을 과량으로 이용하는 기존의 안경렌즈와는 달리, 이온빔보조 진공증착 방식에 의해 유전체 박막을 플라스틱 안경렌즈의 볼록면과 오목면에 다층구조로 증착시켜 유전체 박막만으로도 단파장 대역의 자외선은 고반사에 의해 차폐시키고, 가시광선 대역은 저반사에 의해 투과율을 증가시켜 선명한 시야를 확보할 수 있는 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 목적의 다층 박막 안경렌즈에 적당량의 흡수제를 첨가하여 과량의 자외선 흡수제를 첨가한 안경렌즈에서 발생하는 황변현상을 방지할 수 있는 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반 안경렌즈에 자외선 흡수제를 통한 자외선 차폐효과이고,

도 2는 본 발명에 의한 유전체 박막을 증착한 안경렌즈의 단면도이고,

도 3은 도 2에 도시한 안경렌즈의 측면도이고,

도 4는 본 발명에 의한 유전체 다층박막을 통해 나타난 표면반사율 특성이고,

도 5는 본 발명에 의한 다층박막 안경렌즈와 자외선 흡수제가 포함되지 않은 일반 안경렌즈의 자외선 차폐효과를 비교한 것이고,

도 6은 본 발명에 의해 적정량의 자외선 흡수제가 첨가된 다층박막 안경렌즈와 종래 자외선 흡수제만을 포함한 안경렌즈의 자외선 차폐효과를 비교한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1: 안경렌즈 2a,2b: 하드박막

3a,4a,5a,6a,7a,8a,9a,10a,11a: 볼록면에 증착된 유전체 박막

3b,4b,5b,6b,7b,8b,9b,10b,11b: 오목면에 증착된 유전체 박막

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하드막이 코팅된 플라스틱 안경렌즈에 고진공하의 이온빔 보조증착 방식에 의하여 볼록면과 오목면 모두에 저굴절률과 고굴절률을 갖는 유전체 박막을 교대로 여러번 반복증착하여 자외선파장 340∼400nm 대역에서는 표면반사를 최대화시켜 자외선을 차단하고, 가시광선 파장 대역에서는 표면반사를 최소화시켜 투과가 최대화되도록 유전체 박막 두께를 조절한 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈임을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 다층으로 이루어진 유전체 박막 안경렌즈의 제조과정에 대하여 설명하기로 한다.

하드막 코팅

본 발명에서 사용한 기판(Substrate)은 플라스틱 렌즈이며, 1.5∼1.7의 굴절률을 가지는 중굴절 또는 고굴절 렌즈이다.

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.

유전체 다층 박막 증착

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, 텅스텐 필라멘트에 고압을 인가하여 필라멘트에서 열전자를 발생시킨 후, 이 발생된 열전자들을 사용하는 전자빔 방식으로 유전체인 목표물에 충돌시켜 분자단위의 균일한 유전체 박막을 순차적으로 기판위에 증착한다.

도 2 및 도 3은 기판의 앞면과 뒷면에 유전체들이 형성된 것을 나타낸 것으로서, +는 볼록부분인 앞면이고 -는 오목부분인 뒷면이다.

본 발명에서 증착되는 유전체 박막은 특히 기존의 자외선 흡수제를 사용하는 안경렌즈에서 차폐가 미흡했던 380∼400nm 대역의 파장에 대하여는 고반사가 일어나게 하고 400nm 이상 파장의 가시광선 대역에서 고투과가 일어날 수 있도록 저굴절률의 유전체 박막층(3a)을 하드박막(2a)위에 자외선 파장대역 빛의 반사를 고려하여 증착한 후, 고굴절률의 유전체 박막층(4a)을 증착하고, 이후에 동일한 방식으로 유전체 박막층(4a) 위에 저굴절률과 고굴절률을 가지는 유전체 박막을 교대로 증착하여 유전체 박막층(5a)(6a)(7a)(8a)(9a)(10a)(11a)를 순차적으로 형성하도록 한다.

이때 상기 증착시에 가스량이 조절되고 산소를 이온화시킨 이온빔을 함께 사용하여 전자빔을 단독으로 사용할 때에 비해 박막의 균일성과 내구성이 증가된 충진밀도가 높은 유전체 박막을 얻도록 한다.

또한, 상기 볼록면에서와 같은 방법으로 렌즈의 오목면인 뒷면에도 코팅된 하드박막(2b)위에 저굴절률의 유전체 박막층(3b)와 고굴절률의 유전체 박막층(4b)를 증착하여 형성하고 이후에는 동일한 방식으로 저굴절률 유전체와 고굴절률 유전체 박막층을 교대로 증착하여 유전체 박막층(5b)(6b)(7b)(8b)(9b)(10b)(11b)를 순차적으로 형성하도록 함으로써 자외선 파장 대역의 단파장은 차단하고 가시광선 대역의 파장은 고투과가 일어날 수 있도록 설계된 두께를 가진 박막을 이온빔 보조증착에 의하여 형성하도록 한다.

본 발명에서는 상기 과정을 통하여 기판인 플라스틱 렌즈위에 박막이 증착되고 이 박막들이 자외선 파장 대역의 고반사와 가시광선 파장 대역의 저반사 특징을 형성하는 바, 상기 고반사 및 저반사의 특징을 결정하는 주요 요소는 유전체의 선택, 유전체 박막의 두께, 유전체 배열의 순서이다.

본 발명에서는 일 실시예로 선택된 유전체로서 저굴절률의 SiO₂및 고굴절률의 ZrO₂를 사용하였는데, 이외에도 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.

유전체의 배열순서는 선택된 유전체의 굴절률에 따라 증착순서를 결정하고, 유전체 박막의 두께는 박막설계에 따라 적당한 두께로 유전체 박막을 형성시킨다

상기의 과정을 통하여 선택된 유전체, 배열순서 및 두께의 결과로 자외선 흡수제를 사용하지 않고 유전체 다층 박막만으로도 도 4에 도시한 바와 같이 자외선 흡수제를 사용한 안경렌즈에서 400nm를 중심으로 가시광선 대역의 경우 다층 증착을 하지 않은 일반 안경렌즈에서는 4% 정도이던 한면의 표면반사가 2% 미만으로 감소하여 투과율이 증가하는 것을 알 수 있으며, 자외선 대역의 경우 340∼400nm 파장에서 자외선 반사율이 최대치에 이르고 있으며 특히, 종래 황변현상이 발생하지 않는 적정량의 자외선 흡수제를 사용할 때 자외선 차폐효과가 미흡했던 380∼400nm대역에서의 자외선은 고반사가 일어나 투과량이 급격히 감소하는 것을 알 수 있다. 즉 상기 380∼400nm 파장 대역의 반사율은 렌즈의 양쪽면 중 한쪽면의 반사율이 65% 이상 되게 하여 결과적으로 양쪽면이 모두 유전체 증착이 되었을 경우 종합적인 반사는 80% 정도이며 이로인해 투과도는 20% 이하가 된다.

이하, 본 발명에 대하여 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 구체적 설명하겠는 바, 다음 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1

자외선 흡수제가 첨가되지 않은 굴절률이 1.52인 중굴절 플라스틱 렌즈의 볼록면과 오목면 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 볼록면과 오목면에 1.46의 저굴절률 유전체 SiO₂와 2.06의 고굴절률 유전체ZrO₂를 광학적 설계에 의해 계산된 박막두께로 다음에 나타낸 순서와 같이 교대로 9층으로 증착하였다.

유전체박막	SiO₂	ZrO₂	SiO₂	ZrO₂	SiO₂	ZrO₂	SiO₂	ZrO₂	SiO₂
볼록면(+)
오목면(-)
λ_o: 박막 두께의 기준 중심파장(파장에 대한 반사기준)n_s: 유전체 SiO₂의 굴절률n_z: 유전체 ZrO₂의 굴절률A : 유전체 SiO₂의 Controller 상의 두께와 실제 박막 상의 두께비SiO₂층의 실제 박막의 두께= SiO₂층의 디자인 박막 두께 ×AB : 유전체 ZrO₂의 Controller 상의 두께와 실제 박막 상의 두께 비ZrO₂층의 실제 박막의 두께= ZrO₂층의 디자인 박막 두께 ×B

실시예 2

도 1의 결과를 보이는 자외선 흡수제를 포함한 플라스틱 렌즈 위에 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 유전체 다층 박막을 증착하였다.

비교예 1

자외선 흡수제도 유전체 다층박막도 증착하지 않은 일반 안경렌즈에 대하여 자외선 대역 내지 가시광선 대역에 대하여 광반사 및 광투과에 대하여 측정하였다.

비교예 2

자외선 흡수제만을 첨가한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 실시예 1의 유전체 박막을 통한 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈와 상기 비교예 1의 자외선 차폐용 흡수제를 사용하지 않은 일반 안경렌즈의 각 파장대의 투과율은 도 5에 비교한 바와 같이 자외선 흡수제가 포함되지 않은 안경렌즈는 400nm 이하의 파장대역에서 투과가 상당부분 일어나므로 차폐가 전혀 이루어지지 않고 있음을 볼 수 있다.

자외선 흡수제가 포함되지 않은 렌즈를 유전체 다층 박막을 증착하여 그 결과를 살펴보면 400nm에서 투과율이 27%로 줄어들며 365nm에서는 17% 정도로 감소됨을 알 수 있다. 이는 자외선 흡수제를 전혀 사용하지 않은 렌즈에서 순수히 유전체 다층박막으로만 나타나는 자외선 차폐효과로 볼 수 있다.

또한 가시광선 파장대역에 속하며 자외선 대역에 가까워 인체에 다소 유해할 수 있는 고파장 가시광선의 일부를 제외하고 나머지 가시광선 파장 450∼700nm 대역에서는 투과율이 오히려 좋아지는데, 이는 가시광선 파장 대역이 저반사 박막 디자인으로 구성되어 있기 때문이다.

더욱이, 상기 실시예 2의 적정량의 자외선 흡수제가 첨가된 안경렌즈에 유전체 다층 박막을 증착했을 때의 자외선 차폐효과와 비교예 2의 자외선 흡수제만을 첨가한 안경렌즈의 차폐효과는 도 6에 비교한 바와 같이 종래 자외선 흡수제를 첨가한 안경렌즈에서는 380nm에서 400nm의 자외선 차폐효과가 미흡한 것을 유전체 다층 박막을 통해 상당부분 보완한 것을 알 수 있다. 또한 450nm이상 700nm까지의 가시광선 대역에서는 오히려 투과율을 향상시킴으로써 안경착용자로 하여금 보다 맑고 선명한 시야를 확보할 수 있게 한다.

상기의 결과를 통하여 알 수 있듯이 본 발명의 자외선 차폐용 다층 박막 안경렌즈는 이온빔 보조증착방식에 의하여 유전체 다층박막을 증착하는 것만으로도 자외선 차폐효과 및 가시광선 대역의 저반사에 의한 고투과를 향상시키는 결과를 얻음으로써 기존에 자외선 차폐를 위해서 과량의 자외선 흡수제를 모노머에 첨가하여 안경렌즈에 황변현상 및 내구성 저하를 초래하던 문제를 해결할 수 있다.

또한 적정량의 자외선 흡수제를 첨가한 안경렌즈에 유전체 다층 박막을 증착함으로써 자외선 차폐효과를 더욱 극대화 할 수 있다.

Claims

하드막이 코팅된 플라스틱 안경렌즈에 고진공하의 이온빔 보조증착 방식에 의하여 볼록면과 오목면 모두에 저굴절률과 고굴절률을 갖는 유전체 박막을 교대로 여러번 반복증착하여 자외선파장 340∼400nm 대역에서는 표면반사를 최대화시켜 자외선을 차단하고, 가시광선 파장 대역에서는 표면반사를 최소화시켜 투과가 최대화되도록 유전체 박막 두께를 조절한 것임으로 특징으로 하는 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱 안경렌즈에 적정량의 자외선 흡수제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가시광선 파장 450∼700nm 대역에서의 가시광선 반사율이 2% 미만 인것을 특징으로 하는 자외선 차폐용 다층박막 안경렌즈.