KR20050074973A - 몰드 삽입부 및 몰드를 형성하기 위한 리소그래픽 방법 - Google Patents

몰드 삽입부 및 몰드를 형성하기 위한 리소그래픽 방법 Download PDF

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KR20050074973A
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존 하칸코
로드니 클라크
다카히사 미나미타니
그레고리 제이 호프만
토마스 알. 루니
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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 안과 관련 렌즈를 생산하는데 사용하는, 몰드 및 몰드 삽입부를 제조하기 위한 리소그래픽 방법을 제공한다. 본 발명은 렌즈 착용자에게 주문제작된 안과 관련 렌즈의 운반을 위한 방법에 이용될 수 있다.

Description

몰드 삽입부 및 몰드를 형성하기 위한 리소그래픽 방법{Lithographic method for forming mold inserts and molds}
본 발명은 안과 관련 렌즈(ophthalmic lenses)를 제한 없이 포함하는 물품(articles)의 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 리소그래피(lithography)가 물품의 제조에 유용한 몰드 삽입부(mold inserts) 및 몰드(mold)를 형성하기 위해 사용되는 방법 및 장치를 제공한다.
굴절 이상증(ametropia)의 보정을 위한 안경 렌즈(spectacle lenses), 콘텍트 렌즈(contact lenses), 인공 수정체(intraocular lenses) 등을 포함한 안과 관련 렌즈의 사용은 주지되어 있다. 캐스팅(casting) 또는 몰딩(molding)을 이용한 렌즈의 생산은 렌즈 면들 상에 바람직한 보정의 특성들을 부여하는 몰드의 사용이 필요하다. 게다가, 제조 공정은 몰드 삽입부의 생산도 필요로 한다. 예를 들어, 콘텍트 렌즈의 제조에서, 메탈 삽입부(metal inserts)가 제작되고 그 후에 렌즈 몰드의 생산에 사용된다.
일반적으로, 렌즈 용으로 요구되는 각 구(sphere), 애드(add) 및 실린더 파워(cylinder power) 및 그들의 조합과 대응되는 몰드 및 몰드 삽입부의 많은 재고(inventory)가 필요하다. 몰드 및 몰드 삽입부 재고를 위한 생산 및 유지 비용은 매우 높다. 또한, 몰드 및 몰드 삽입부를 생산 및 사용을 위한 주지된 공정은 비효율적이며, 특수한 착용자의 각막 토포그래피(corneal topography)를 위해 주문 제작된 콘택트 렌즈와 같은 특수한 착용자에게서 주문 제작된 렌즈에 대해서도 비용 효율적이지는 않다.
많은 재고 몰드(inventory molds)의 필요를 없애기 위해 시도된 렌즈 생산의 한 방법은 미국 특허 6,086,204에 개시된다. 홀로 또는 메탈 면과 조합한 기계 핑거(mechanical fingers)를 이용하는, 주문 제작되고 열처리된 다이(dies)의 사용이 렌즈 블랭크에 요구되는 보정 특성들을 부여하기 위해 이 특허에 개시된다. 이 방법은 소프트 콘택트 렌즈 물질이 열로 변형될 수 없는 열경화성 물질이여서, 어떤 안과 관련 렌즈, 즉 소프트 콘택트 렌즈의 생산에 적절하지 않으므로 불리하다. 또한, 열처리된 다이를 사용하여 렌즈 물질을 몰딩하는 것은 렌즈 블랭크의 광학 축(optical axis)이 상기 다이의 축에 완전히 배열되는 것을 필요하므로 렌즈 생산을 어렵게 하는 이 방법은 불리하다. 결국, 상기 개시된 방법은 이것이 열 몰딩 공정(thermal molding process)이라는 점에서 가장 비용 효율적인 생산 방법은 아니다. 따라서, 렌즈 재고의 감소를 허용하고, 이 불리한 점들의 일부 또는 모두를 극복할 수 있는 몰드를 구비한 렌즈를 생산하기 위한 방법에 대한 필요성이 존재한다.
도 1은 기판 블랭크(substrate blank) 상에 포토레지스트(photoresist) 또는 코팅(coating)을 현상하기 위해 조명 장치(illumination device) 및 그레이-스케일 마스크(gray scale mask)의 사용을 도시한다.
도 2A는 편평한 상부 블랭크(flat-top blank)를 도시한다.
도 2B은 포토레지스트 또는 코팅이 침전된 편평한 상부 블랭크(flat-top blank)를 도시한다.
도 3A는 굽은 블랭크(curved blank)를 도시한다.
도 3B는 포토레지스트 또는 코팅이 침전된 굽은 블랭크를 도시한다.
도 4A는 자기의 굽은 면 상에 현상된 포토레지스트 또는 코팅을 구비한 굽은 블랭크를 도시한다.
도 4B는 현상되지 않은 포토레지스트 또는 코팅이 제거된 후 바람직한 굽은 면이 존재하는 상태의 굽은 블랭크 도시한다.
도 5A는 자기의 굽은 면 상의 현상된 포토레지스트 또는 코팅을 구비하고 현상되지 않은 포토레지스트 또는 코팅이 제거된 굽은 블랭크를 도시한다.
도 5B는 현상된 포토레지스트 또는 코팅이 선택 코팅(optional coating)을 구비한 블랭크 또는 기판에 바람직한 면을 생성하기 위해 에칭된 도 5A의 장치를 도시한다.
본 발명은 안과 관련 렌즈를 제한 없이 포함하는 물품을 생산하는데 사용하는 몰드 및 몰드 삽입부를 제조하기 위한 리소그래픽 방법을 제공한다. 렌즈의 제조에서, 본 발명은 필요한 몰드 및 몰드 삽입부의 수를 줄이는 반면, 완전히 미리 정해진 범위(full prescriptive range)의 렌즈의 생산을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 방법은 주문 생산된 렌즈의 운반(delivery)을 위한 방법에서 사용될 수 있다.
본 발명은 다양한 사이즈의 렌즈를 제한 없이 포함하는 다양한 물품의 몰딩 및 형성에 적용할 수 있다. 실례를 잘 설명하기 위해, 여기의 예들은 안과 관련 렌즈를 참조할 수 있다.
일 실시 예에서, 본 발명은 실질적으로 방사선 원(radiation source)이 투과하고, 굽은 면을 덮는 코팅을 가진 기판으로서, 상기 굽은 면이 몰드 면으로 사용되는 기판을 포함하고, 상기 기판은, a) 상기 기판의 제 1 면 상에 방사선 경화 침전물을 침전하는 단계, 및 b) 상기 침전물은 방사선이 상기 제 1 면의 반대편에 있는 상기 기판의 제 2 면을 통과함으로써 선택적으로 현상되는 단계로서, 상기 침전물 속으로 들어가서, 현상된 침전물 및 현상되지 않은 침전물을 만들고, 상기 굽은 면은 상기 기판의 면과는 떨어진 상기 현상된 침전물의 면인 단계에 의해 제조되는, 몰딩 응용들에 사용되는 굽은 면 제공한다.
다른 실시 예에서, 본 발명은 실질적으로 방사선 원이 투과하고, 굽은 면을 가진 기판으로서, 상기 굽은 면은 몰드 면으로 사용되는 기판을 포함하고, 상기 기판은, a) 상기 기판의 제 1 면 상에 방사선 경화 침전물을 침전하는 단계, b) 상기 침전물은 상기 제 1 면의 반대편에 있는 상기 기판의 제 2 면을 통과함으로써 선택적으로 현상되는 단계로서, 상기 방사선이 상기 침전물 속으로 들어가서, 현상된 침전물 및 현상되지 않은 침전물을 만들고, 상기 현상된 침전물은 요구되는 굽은 면을 형성하는 단계, 및 c) 상기 현상된 침전물은 상기 굽은 면 기판을 초래하는 기판에서 요구되는 굽은 면의 거울 상(mirror image) 또는 모사(replication)을 형성하기 위해 에칭되는 단계에 의해 제조되는, 몰딩 응용들에 사용되는 굽은 면.을 제공한다.
또 다른 실시 예에서, 본 발명은 a) 렌즈 몰드 블랭크 또는 렌즈 몰드 삽입부 블랭크의 적어도 한 면 상에 방사선 경화 물질을 침전하는 단계; 및 b) 몰딩 면이 상기 방사선 경화 물질의 적어도 한 면 상에 광학 특성(optical characteristics)을 갖는 광학적 퀄리티(optical quality) 몰딩 면을 형성하는데 적절한 조건 하에 상기 방사선 경화 물질을 경화하는 단계를 포함하는, 필수적으로 구성하는, 구성하는, 방법을 제공한다.
본 발명을 설명하기 위해, 용어 "경화(curing)" 및 "현상(developing)"은 서로 교환하여 사용된다. "방사선 경화 물질(radiation curable material)"로 빛, 전자 빔, 감마선, 열, 무선 전파(radio wave), 마이크로파 등에 의해 경화될 수 있는 포토레지스트(photoresist) 또는 코팅(coating)을 의미한다.
본 발명에 따른 예들을 잘 설명하기 위하여, "안과 관련 렌즈(ophthalmic lens)"로 안경 렌즈, 콘텍트 렌즈, 인공 수정체(intraocular lens) 등을 의미한다. "광학적 퀄리티(optical quality)"로 렌즈 형성 물질 또는 렌즈 몰드 형성 물질의 중합 방법(polymerization)에 의해 형성되고, 몰딩 면과 접촉하는 면이 광학적으로 수용되도록, 상기 면은 충분히 매끄러운 것을 의미한다. 바람직하게, "광학적 퀄리티(optical quality)"로 면이 약 100nm보다 작은, 더욱 바람직하게 약 20nm보다 작은 RMS의 거칠기를 구비한다는 것을 의미한다.
"렌즈 몰드 블랭크(lens mold blank)"로 렌즈가 몰드 될 수 있는 몰드를 형성하는데 유용한 블랭크를 의미한다. 더욱 상세하게, 본 발명의 공정에서, 방사선 경화 물질은 렌즈 몰드 블랭크의 면 상에서 침전되고, 상기 면이 렌즈 면을 몰드하기 위해 사용될 수 있는 블랭크 상의 면을 형성하기 위해 경화된다. 유사하게, "렌즈 몰드 삽입부 블랭크(lens mold insert blank)"로 렌즈 몰드가 형성될 수 있는 렌즈 몰드 삽입부를 형성하는데 유용한 블랭크를 의미한다. "광학적 특성(optical charateristics)"으로 하나 또는 이상의 구면(spherical), 비구면(aspheric), 원환체(toric) 또는 실린더형 곡률(cylinderical curvature), 3차 또는 더 높은 수차(aberrations)의 보정을 위한 곡률(curvatures) 등 및 그들의 조합을 의미한다.
본 발명에 따른 몰드의 사용을 위해, 굽은 면(curved surfaces)은 블랭크 상의 방사선 경화 물질을 현상 또는 경화하기 위해 빛(light) 또는 빔 원(beam source)를 이용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 방법의 한 실시 예에서, 방사선 경화 물질은 여기서 역시 블랭크로 언급된 기판 상에 침전되고, 그레이-스케일 마스크 및 블랭크를 통과한 빛으로 조명하여 경화된다. 상기 코팅의 경화되지 않은 부분은 제거되고 잔존하는 현상된 부분은 요구되는 면으로 제공한다. 대체적인 방법에서, 요구되는 면을 형성하기 위한 상기 블랭크의 실제 에칭으로 만들어진 현상된 물질이 에칭된다. 양 방법은 추가적인 코팅으로 커버될 수 있는 면을 생산한다.
도 1에서 블랭크에 물질을 현상하는 방법이 일반적으로 묘사된다. 상기 블랭크(110) 및 방사선 경화 물질(120)은 그레이-스케일 마스크(130)에 관련된 기판의 위치를 배치하는 고정물(fixture) 상에 적재된다. 이 고정물은 적어도 약 10 마이크론에서 위치를 바람직하게 제어하고, 정밀한 x-y 좌표(precision x-y table)를 제한 없이 포함한 어떤 적절한 고정물일 수 있다. 음성 포토레지스트(negative photoresist)와 같은 방법이 사용되는 경우에, 물질은 조명 원(140, illumination source)으로부터 예를 들어 UV 빛(ultra violet light)일 수 있는, 조명(150)이 상기 그레이-스케일 마스크(130)을 통과한 후 상기 블랭크(110)를 통과함으로써 노출된다. 상기 그레이-스케일 마스크(130)에 의해 결정된 통과 깊이(170)에 따른 물질 190을 현상하는 상기 조명은 상기 블랭크(110)를 통과하고 상기 물질 120 내로 들어간다. 일반적으로, 상기 그레이-스케일 마스크 상의 UV 광의 강도(intensity)는 약 1mW 내지 약 5mW이고, 노출 시간은 약 0.5 내지 약 30초이다. 현상 또는 경화 시간은 방사선의 강도(intensity) 뿐만 아니라 사용된 방사선 경화 물질에 의존한다.
경화는 바람직한 형상(configuration)으로 된 면(160)을 구비한 현상된, 방사선 경화 물질(190)을 생산한다. 노출이 끝난 후, 경화되지 않은 물질(180)은 제거된다. 경화되지 않은 물질의 원심 분리(spinning off)에 의한 제거는 제한없이 포함하는 어떤 편리한 수단에 의해 실행될 수 있다. 아세톤, 에탄올, 4급-메탈 암모늄 하이드록사이드, 메틸렌 클로라이드 등과 같은 용매의 사용은 가능하지만 바람직한 것은 아니다.
바람직한 방법에서, 경화되지 않은 물질의 원심 분리는 니트로젠 환경에서 실행되고 세 개의 사이클이 이용된다: 30초 동안 약 200rpm 내지 약 400rpm 상태의 하나, 약 30초 동안 700rpm 상태의 하나, 약 120초 동안의 2000rpm의 세번 째 사이클이다. 최종 순환의 동안, 예를 들어, 면(160)은 초 당 약 0.5 사이클에서 셔터를 개폐하면서 365nm에서 빛의 16mW/cm2의 노출에 의해 경화된다. 경화되지 않은 물질의 제거 후에, 얇은 층(layer)이 존재한다. 스핀 공정(spin process)인 세번째 사이클 동안, 존재하는 얇은 층은 동력(dynamic forces)이 유효한 동안 상기 몰드가 상기 층을 이렇게 중합하는 운동에 남아있는 반면, 경화되고 있다.
상기에서 언급되었듯이, 본 발명의 방법의 제 1 단계, 방사선 경화 물질이 렌즈 몰드 또는 렌즈 몰드 삽입부, 블랭크 상에서 침전된다. 바람직하게, 상기 블랭크는 약 150 내지 약 500nm 범위의 빛에 투명하다. 블랭크 형성을 위한 방법은 산업에서 주지되어 있다. 예를 들어, 금속 블랭크들이 다이아몬드 포인터 세공(diamond-point turning)을 사용하여 형성될 수 있고, 유리 블랭크들은 그라인딩(grinding) 또는 폴리싱(polishing)을 사용하여 형성될 수 있는 반면, 중합한 블랭크(polymeric blanks)들은 몰딩, 캐스팅(casting)등에 의해 형성될 수 있다. 상기 블랭크들은 반도체 또는 안과 관련 산업에서 보통 사용되는 어떤 물질로 형성될 수 있다. 적절한 물질은, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리옥시메틸렌, 프로필렌, 폴리에테르이미드, 나일론, 폴리비닐클로라이드, 사이클릭올레핀, 브레스, 니켈 코팅된 브레스, 스테인레스 스틸, 니켈 코팅된 스테인레스 스틸, 알루미늄 등을 제한 없이 포함한다.
도 2 및 3에 본 발명의 방법에 유용한 두 가지 형태의 블랭크가 도시된다. 도 2A에서 편평한 면(210) 및 베이스(220)을 구비한 편평한 상부의 블랭크(200)가 도시된다. 도 2B에서 침전물(230)을 갖는 편평한 상부 블랭크가 되시된다. 도 3A에서, 도 3B에 방사선 경화 물질(340)이 침전된 것을 굽은 면(310)을 도시한 것처럼, 상기 굽은 면(310)을 구비한 굽은 블랭크(300)를 도시한다. 상기 침전물 240 및 340은 방사선에 의해 현상되어 방사선 또는 조명원의 사용에 의해 바람직한 형상으로 된다.
본 발명에서 유용한 방사선 경화 물질은 렌즈, 또는 렌즈 몰드가 형성될 물질과 양립가능한 것이 바람직하다. 방사선 경화 물질이 양립할 수 있는지 결정하기 위한 요소는, 이것이 렌즈 형성 또는 렌즈 몰드 형성 물질에 부착되거나 화학적으로 반응하는지 여부를 제한 없이 포함한다. 또한, 상기 몰드 또는 몰드 삽입부로 부터 형성될 상기 렌즈 또는 렌즈 몰드가 자외선(ultra-violet) 또는 가시 광선(visible light) 경화를 사용하여 경화되면, 상기 방사선 경화 물질은 적절한 파장(wavelength)의 빛으로 전달하는 것이 바람직하다. 렌즈 몰드 삽입부가 상기 방사선 경화 물질 및 몰드 삽입 블랭크로부터 형성되고 있는 실시 예에서, 상기 경화된 방사선 경화 물질이 적어도 약 70의 쇼어 D형 경도(shore D hardness)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 물질이 렌즈 몰드 블랭크 상에서 침전되어 있는 실시 예에서, 상기 경화된 또는 경화되지 않은 방사선 경화 물질은 약 10 및 500 마이크론 사이의 층에 침전되기 위해 적합한 하나일 수 있다. 상기 방사선 경화 물질의 다른 바람직한 특성은 렌즈 몰드 또는 렌즈 몰드 블랭크의 형성에 사용되고 있는지 여부에 따른다. 그러나 일반적으로, 상기 경화되지 않거나 현상되지 않은 방사선 경화 물질은 25℃에서 약 500cps 보다 작은 점성, 20% 보다 작은 경화 수축, 약 750psi 보다 큰 경화된 인장 강도 및 부피의 약 1% 보다 작은 경화 액 흡수(cured water absorption)를 갖는다. 적절한 상업적으로 이용 가능한 물질은 우레탄 아크릴레이트, 사이클로알리파틱 에폭시, 폴리우레탄 올리고머, 수소화 비스 페놀, 에폭시, 폴리(노보넨) 에폭시 등 및 그것의 조합을 제한 없이 포함한다.
방사선 경화 물질은 전체 블랭크 면이 커버되고 상기 블랭크 및 상기 물질 사이의 접촉면(interface)에서 아무런 공극(void)이 없다는 것을 확실하게 할 어떤 편리한 방법에 의해 침전될 수 있다. 적절한 침전 방법은 양성 또는 음성의 포토레지스트와 같은 방법이 사용되는지 여부에 달려있다. "음성의 포토레지스트와 같은 방법"은 과잉의 물질이 침전됨을 의미하고, 일부의 물질이 경화되고, 경화되지 않은 물질은 제거된다. "양성의 포토레지스트와 같은 방법"으로 바람직한 면을 형성하기에 필요한 양이 침전되고 경화됨을 의미한다. 양성의 포토레지스트와 같은 방법이 사용되면, 물질은 실질적으로 계속적인 상기 기판과 상기 물질 사이의 접촉이 발생하는 한, 두께 제어없이 침전될 수 있다. 음성 포토레지스트와 같은 방법이 접촉 렌즈 몰드 또는 몰드 삽입부를 생산하기 위해 사용되는 경우에, 일반적으로 약 50mg 내지 약 1g의 물질이 침전될 것이다. 양성의 포토레지스트와 같은 방법이 사용되면, 방사선 경화 물질은 두께가 바람직한 매개변수내에서 제어되기 위한 방식으로 면 상에서 분배된다. 이 경우에, 침전은 일반적으로 스핀 코터(spin coater)를 사용하여 실행된다.
현상(development) 단계 b.)에서, 방사선 경화 물질은 열, 빛, 또는 다른 방사선 경화 및 그것의 조합을 포함한 어떤 적절한 방법에 의해 경화된다. 바람직하게, 퓨전 램프(fusion lamp), 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp), 아크 램프(arc lamp) 등으로부터 약 100 내지 약 800nm에서 빛이 사용된다. 경화는 온도, 압력 및 시간의 어떤 적절한 조건 하에서 발생할 수 있다. 바람직하게, 실내 온도 및 대기압에서 약 150 내지 500nm의 범위의 빛을 사용한 경화가 사용되고, 경화는 약 0.1초 내지 약 30분 동안 니트로젠 환경(nitrogen blanket) 하에서 실행된다. 경화 완결을 위한 특정한 시간(specific time)은 선택된 물질, 물질의 두께, 열, 빛 또는 다른 방사선이 사용되었는지 여부에 따른다.
도 4에서 굽은 블랭크(410)의 굽은면이 현상된 방사선 경화 물질(430) 및 현상되지 않은 코팅(420)으로 코팅된 단계 400을 도시한다. 코팅의 발달은 도 1에 관하여 기술된 방법에 따라 실행된다. 도 4B에서 경화되지 않은 코팅(420)은 제거되고, 선택 코팅(optional coating, 450)은 존재하는 현상된 코팅(430) 상에 놓여진다. 방사선 경화 물질은 경화 방사선에 투과한 블랭크(410)의 굽은 면 위에 침전된다. 예를 들어, 블랭크 또는 몰드 블랭크, 410은 UV 광에 투과될 수 있다. UV 광원으로부터 빛은 이후 물질을 경화하기 위해 그레이-스케일 마스크를 통과한다. 상기 그레이-스케일 마스크는 상기 물질 상에서 부딛치는 강렬한 UV 광을 제어하기 위해 사용된다. 바람직한 면 프로파일은 상기 방사선 경화 물질 속에 상기 UV광의 전달 깊이가 설정된 데이터 또는 참조 면으로 사용된다. 전달 깊이를 설정함으로써, 바람직한 광학 특성들이 물질의 면에 부여될 수 있다. 상기 그레이-스케일 마스크의 대안으로서, 전자 그레이 마스크, 예를 들어 액정("LCD", liquid crystal display) 셀 또는 비교할 수 있는 공간 광 변조기(spatial light modulators)의 배열이 사용될 수 있다.
더욱 상세하게, 그레이-스케일 마스크를 사용한 경화는 아래와 같이 실행된다. 그레이-스케일 마스크를 사용함에 있어, 물체(object)는 형성될 면 상의 각 점에 방사선 경화 물질 상에 부딛히는 강렬한 광을 변조하게 된다. 빛 강도가 변조되는 정도는 면 상의 각 점에서 요구되는 통과 깊이에 의해 결정될 것이다.
물질 교정(material calibration)은 상기 물질이 그레이-스케일 농도(gray-scale level) 또는 방사선 경화 물질 상의 경화 방사선의 투입 강도(incident intensity)에 경화될 깊이에 관계하는 곡률(curvature)을 제공하기 위해 실행된다. 물질 교정을 실행 함에 있어, 포토레지스트는 노출되고 경화되지 않은 포토레지스트는 제거된다. 결과적인 면의 형상은 어떤 편리한 수단, 예를 들어 경화된 포토레지스트 상의 각 점에 통과 깊이를 측정하기 위한 VEECOTM의 백광 간섭 관측기(white light interferometer)의 사용으로 측정된다. 각 점이 상기 그레이-스케일 마스크 상의 점에 대응하기 때문에, 이는 교정 곡선(calibration curve)을 산출한다. 과정의 반복은 관통 깊이의 변화를 측정하기 위한 곡선을 산출한다.
당업자는 그레이-스케일 마스크의 사용이 광 강도를 조절하는 단지 한 방법임을 알 수 있을 것이다. 양자 택일적으로, 변조(modulation)가 적응성 거울(adaptive mirror), 자기의 면을 넘어 변조된 파면 강도를 생산하기 위해 이 거울을 사용하고, 공간적으로 변조된 광 강도를 생산하기 위해 한다발의 광 섬유(fiber optics)를 사용하고, 빛을 편향하게 하기 위해 거울들의 불연속의 배열을 사용하여 실행될 수 있다.
그레이-스케일 마스크는 어떤 편리한 방법에 의해 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 상기 그레이-스케일 마스크는 약 600 또는 그 이상의 분해능(resolution)을 갖는 프린터(printer)를 사용한 투과도(transparency) 상에 그레이 그늘(gray shadow)의 농도(level)와 다른 프린팅으로 형성될 수 있다. 양자 택일로 전자 그레이-스케일 마스크는 각 LCD 셀의 빛 전달이 셀에 전압을 공급함으로써 제어될 수 있는 액정(liquid crystal displays)의 배열을 사용하여 형성될 수 있다. 그러나 다른 대안으로써, 마스크는 주지된 방법에 따라 직접 전자 빔 라이팅(direct electron beam writing)의 사용에 의해 생산될 수 있다. 프린트된 그레이-스케일 마스크의 성능은 작은 진폭 및 임의의 방향에서 마스크를 진동함으로써 적정화 될 수 있다. 양자 택일로, 마스크와 기판 사이에 존재하는 렌즈는 초점이 흐려질 수 있다. 이 기술들 중 어느 하나는 상기 프린트된 마스크가 현상한 물질에 전달함으로부터 형성되는 점(dot)의 불연속적 성질을 제공하는데 역할을 한다.
상기 그레이-스케일 농도 또는 방사선 강도는 렌즈 몰드 또는 렌즈 몰드 삽입부, 디자인, 기판 디자인 및 교정 곡선(calibration curve)에 근거를 둔다. 상기 몰드 또는 몰드 삽입부 디자인은 상기 기판 상에서 각 위치에 물질의 두께를 결정하고, 이것은 경화 방사선이 각 위치에서 물질을 관통하기 위해 필요한 깊이를 지시한다. 상기 그레이-스케일 농도는 이후 교정 곡선을 사용한 그레이-스케일 농도 속에 통과 깊이 정보의 전환에 의해 결정된다.
도 4B에서 경화되지 않거나 현상되지 않은 물질(420)이 현상된 물질(430)에 의해 정해진 면 460을 노출하기 위해 제거된 후의 블랭크(410)를 도시한다. 선택 코팅(450)으로 덮힌 상기 경화된 물질(430)은 이후 렌즈의 생산에 백 커브 몰드 절반부(back curve mold half)로 사용될 수 있고, 면들 460, 470은 렌즈의 면을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그런 경우에, 상기 면들 460, 470은 광학 퀄리티(optical quality)가 될 수 있다. 경화된 물질(430)의 크기, 형상 및 두께는 생산될 렌즈의 형태에 의존할 것이다. 두께는 약 0.5 내지 약 5000마이크론인 것이 바람직하다.
선택 단계로서, 경화된 방사선 경화 물질은 450으로 코팅될 수 있다. 상기 물질은 기본 방법들과 실행을 사용함으로써 렌즈의 릴리스(release)에 적합한 완전히 교차 결합되고, 비 화학 반응 면을 형성하기에 적절한 어떠한 코팅으로도 코팅될 수 있다. 상기 코팅은 어떤 적절한 방법에 의해 적용될 수 있다. 바람직하게, 결과로 생기는 코팅 층(coating layer)은 두께가 약 5 내지 10 마이크론이다.
다른 실시예에서, 도 5A 및 5B에서 나타난, 상기 블랭크(510)의 면은 에칭되고 상기 몰드 면으로 제공된다. 도 5A는 굽은 블랭크(510)가 현상된 코팅(520)으로 남겨진 단계 500을 도시한다. 상기 현상된 코팅(520)은 에칭(580)된다. 예를 들어, 상기 현상된 코팅(520, developed coating)은, 예를 들어 HF 이온과 같은 플라즈마 일 수 있고, 또는 습 에칭(wet etching)되거나 또는 반도체 에칭에서 일반적으로 사용되는 레이저 에칭(laser etching)될 수 있다. 상기 에칭 방법은 예를든 용도(purposes)일 뿐이고, 여기서의 논의는 에칭 기술을 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
도 5B는 상기 기판(510)의 에칭된 면(540)으로부터 형성된 에칭된 몰드(530)를 도시한다. 상기 에칭된 면(540)은 상기 논의된 현상된 코팅 면(460)에 관하여 상기 기술된 같은 광학적 퀄리티(optical qualities)를 갖는다.
도 4B 및 5B에 도시된 몰드는 렌즈의 뒷 면 또는 눈의 측면을 몰딩하기에 적합한 백 몰드 절반부(back mold halves)다. 렌즈를 몰딩하기 위해서, 상호 보완적인 몰드 절반부가 사용된다. 본 발명의 몰드들은 두개의 몰드 절반부로 구성될 수 있고, 그 각 몰드는 방사선 경화 물질로부터 형성된다. 양자 택일로, 하나의 몰드 절반부는 상기 물질로부터 형성될 수 있고, 종래 물질을 이용한 종래 수단으로부터 다른 몰드 절반부로부터 형성될 수 있다. 상기 몰드 절반부는 스테퍼 모터(stepper motors), 스크류 드라이브(screw drives) 등 및 그들의 조합을 제한 없이 포함하는 어떤 적절한 접촉 수단을 사용한 렌즈를 몰딩하기 위해 접촉될 수 있다. 상기 렌즈의 몰딩을 위해 위치될 때, 상기 몰드 절반부는 서로 접촉할 수 있다. 이 경우, 바람직하게 실링 수단(sealing means)은 수용할 수 있는 렌즈 에지(acceptible lens edge)가 형성되기 위해 몰드를 봉하는데 사용된다. 예를 들어, 상기 몰드 절반부는 접촉면 적합부(interference fit)가 상기 절반부들 사이에 형성되기 위해 접촉될 수 있다. 이 방법에서, 상기 백 몰드 절반부는 밀봉(seal)이 형성되기 위해 전방 몰드 절반부에 체결된다. 추가적인 적절한 실링 수단은 기계 인터 락, 개스킷, 오링(O-ring)등 및 그들의 조합을 제한 없이 포함한다. 상기 몰드 절반부들이 서로 접촉하지 못한다면, 바람직하게 마스크는 중합이 요구되는 그들 영역에서만 노출되도록 사용된다. 상기 몰드 절반부 및 본 발명의 몰드는 어떤 적절한 지지 수단에 의해 지지될 수 있다. 지지 수단은 팰럿(pallet), 지지 프레임(support frame) 등 및 그들의 조합을 제한 없이 포함한다.
렌즈 형성의 바람직한 방법에서, 렌즈 형성 물질은 어떤 적절한 수단에 의해 몰딩 면 상에 침전될 수 있다. 캐비티(cavity) 속에 분배된 렌즈 형성 물질의 양은 바람직한 안과 관련 렌즈를 형성하기 위해 효율적인 양인 렌즈 형성량이 될 것이다. 일반적으로, 침전된 물질의 양은 약 0.01mg 내지 1000g이 될 것이다.
콘택트 렌즈와 같은 렌즈용 적절한 렌즈 형성 물질은 하드 또는 소프트 콘택트 렌즈를 형성하기에 유용한 어떤 물질이다. 예를 들어, 상기 렌즈 형성 물질은 소프트 콘택트 렌즈를 형성하기 위해 적합하게 될 수 있다. 소프트 콘택트 렌즈의 형성을 위한 실례가 되는 물질들은 실리콘 엘라스토머, 실리콘 함유 마크로머를 제한 없이 포함하고, 여기서 완전히 통합된 미국 특허 5,371,147, 5,314,960 및 5,057,578에 개시된 것로 하이드로겔, 실리콘 함유 하이드로겔 등 및 그들의 조합을 참조하여 제한없이 포함한다. 더욱 바람직하게, 상기 면은 실록산이거나 실록산 기능을 하는 것 폴리디메틸 실록산 마크로머, 메타크릴록시프로필 폴리알킬 실록산, 및 그들의 혼합, 에타필콘 A와 같은 실리콘 하이드로겔 또는 하이드로겔을 제한 없이 포함한다.
바람직한 렌즈 형성물질은 즉, 약 25,000 및 약 80,000사이의 최고 분자량, 약 1.5 이하 내지 약 3.5 이하의 다분산 지수(polydispersity) 각각 및 그 위에서 공유 결합된, 적어도 하나의 교차 결합할 수 있는 작용기를 갖는 폴리 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트 폴리머이다. 이 물질은 참조에 의해 여기서 완전히 통합된 변호사 도켓 번호 VTN 588, 미국 특허원 제 60/363,630 호에서 기술된다.
그러나 다른 대안들로서, 상기 렌즈 형성 물질은 콘택트 렌즈와 다른 안과 렌즈를 형성하기에 적합한 어떤 물질일 수 있다. 예를 들어, 사용될 수 있는 안경 렌즈 형성 물질은 비스페놀 A 폴리카보네이트와 같은 폴리카보네이트, 디에틸렌 글리콜 비스알릴 카보네이트(CR-39TM)와 같은 알릴 디글리콜 카보네이트, 3급 알릴 시아누레이트, 3급 알릴 포스페이트 및 3급 알릴 시트레이트와 같은 알릴자리 에스테르, 아크릴자리 에스테르, 아크릴레이트, 메틸- 에틸- 및 부틸- 메타크릴레이트와 같은 메타크릴레이트 및 아크릴레이트, 스티렌계 화합물, 폴리에스테르계 화합물 등 및 그들의 조합을 제한 없이 포함한다.
인공 수정체(intraocular lenses)를 형성하기 위한 적절한 물질은 폴리메틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 비활성 투명 플라스틱(inert clear plastics), 실리콘 계 폴리머 등 및 이들의 조합을 제한없이 포함한다.
몰드내에서 침전된 렌즈 형성 물질의 경화는 열, 감광(irradiation), 화학, 전자기 방사선 경화 등 및 그들의 조합을 제한 없이 포함한 알려진 어떤 수단에 의해 실행될 수 있다. 바람직하게, 몰딩은 자외선 광의 사용 또는 가시 광선(visible light)의 풀 스펙트럼의 사용으로 실행될 수 있다. 더욱 상세하게, 렌즈 형성 물질을 경화하기 위해 적절한 정확한 조건은 선택된 물질 및 형성될 렌즈에 따를 것이다.
콘택트 렌즈용 중합 과정은 잘 알려져 있다. 적절한 과정은 참조에 의해 여기서 완전히 구체화된 미국 특허 5,540,410에서 개시되어 있다. 콘택트 렌즈 형성을 위해, 바람직한 경화 조건은 약 2 내지 약 10mW/cm2의 강도의 UV 광을 이용한 몰드 조합체를 예비 경화하는 것이다. 상기 예비 경화가 끝난 후, 상기 몰드 조립체는 약 0 내지 약 10mW/cm2의 강도의 UV 광에 노출된다. 적절한 파장(wavelengths)은 약 300 내지 약 500nm이다. 낮은 강도에서의 노출에 대한 시간은 선택된 렌즈 물질, 사용된 어떤 기폭제(initiator)의 형태 및 양, 물질 점성과 자기의 반응기(reactive groups)의 성질 및 UV광의 강도에 따를 것이다. 예비 경화 및 연이은 UV 노출 양자는 단일의, 연속적인 노출로 실행될 수 있고, 실행되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 노출은 역시 UV 노출 기간 및 비 노출 기간을 교대로 사용하면서 실행될 수 있다. 중합 단계는 약 40 내지 75℃ 사이의 온도 및 바람직하게 전체가 니트로젠 가스 하의 대기압에서 실행되는 것이 바람직하다. 전체 경화 시간은 약 300 내지 약 500초 사이이다.
약 25,000 및 약 80,000 사이의 최대 분자량을 갖는 폴리 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트 폴리머 및 약 1.5 이하 내지 약 3.5 이하의 다분산 지수(polydispersity)가 이용된 실시 예에서, 바람직하게 약 100mW/cm2 내지 약 50,000mW/cm2의 강도에서 UVA(약 315 ~ 약 400), UVB(약 280 ~ 약 315), 또는 가시광선(약 400 ~ 약 450nm)이 사용된다. 경화 시간은 일반적으로 대기 온도 근처에서 약 30초 이하일 것이고, 약 10 초 이하인 것이 바람직하다. 선택된 중합 방법과 관계없이, 정확한 조건은 선택된 렌즈 물질의 성분에 의존하며 결정할 당업자의 기술 범위내에 있다.
본 발명은 이하의 조건, 제한 없는 예에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
예(Example)
두 개의 오목한 유리 몰드 절반부 블랭크(half blank)는 각각의 몰드 절반부들에 분배된 약 1ml의 놀랜드 옵티컬사(Norland Optical)의 72번 에폭시에 의해 코팅된다. 경화는 20mW/cm2의 방사선을 이용하여 5초 동안 하나의 몰드 절반부 블랭크 및 UV광(356nm)의 80mW/cm2에서 20초 동안의 다른 하나의 몰드 절반부 블랭크로 실행된다. 과잉의 에폭시는 표 1에서 보인 스핀 프로파일(spin profile)에 따라 상기 볼드 절반부들을 회전함으로써 제거된다. 최종 스핀 사이클(spin cycle) 동안, 상기 에폭시 층의 외면은 실내 온도에서 UV 광(356nm)의 약 10 내지 약 20mW/cm2의 노출에 의해 경화된다.
표 1
회전율(Spin Rate) 일시 정지 시간(Dwell Time)
제 1 사이클 400rpm 30 초
제 2 사이클 700rpm 30 초
제 3 사이클 2000rpm 120 초
제 1 및 제 2 몰드 절반부들의 결과로 생긴 경화된 에폭시 면은 28nm 및 26nm의 RMS를 각각 갖는다.
렌즈 제조용 몰드들을 생성하는 방법 및 고안에서 많은 변화들은 본 발명에 따라 실현될 수 있다. 당업자가 상기 설명에 따른 본 발명을 변화시키는 것은 자명할 것이다. 그러한 변화들은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어난 것으로 간주되지는 않고 모든 그러한 변형은 당업자가 이하의 청구항의 범위내에 포함되도록 의도된 것이 자명하다.

Claims (12)

  1. 실질적으로 방사선 원(radiation source)이 투과하고, 굽은 면을 덮는 코팅을 가진 기판으로서, 상기 굽은 면이 몰드 면으로 사용되는 기판을 포함하고,
    상기 기판은,
    a) 상기 기판의 제 1 면 상에 방사선 경화 침전물을 침전하는 단계, 및
    b) 상기 침전물은 방사선이 상기 제 1 면의 반대편에 있는 상기 기판의 제 2 면을 통과함으로써 선택적으로 현상되는 단계로서, 상기 침전물 속으로 들어가서, 현상된 침전물 및 현상되지 않은 침전물을 만들고, 상기 굽은 면은 상기 기판의 면과는 떨어진 상기 현상된 침전물의 면인 단계에 의해 제조되는, 몰딩 응용들에 사용되는 굽은 면.
  2. 실질적으로 방사선 원이 투과하고, 굽은 면을 가진 기판으로서, 상기 굽은 면은 몰드 면으로 사용되는 기판을 포함하고,
    상기 기판은,
    a) 상기 기판의 제 1 면 상에 방사선 경화 침전물을 침전하는 단계,
    b) 상기 침전물은 상기 제 1 면의 반대편에 있는 상기 기판의 제 2 면을 통과함으로써 선택적으로 현상되는 단계로서, 상기 방사선이 상기 침전물 속으로 들어가서, 현상된 침전물 및 현상되지 않은 침전물을 만들고, 상기 현상된 침전물은 요구되는 굽은 면을 형성하는 단계, 및
    c) 상기 현상된 침전물은 상기 굽은 면 기판을 초래하는 기판에서 요구되는 굽은 면의 거울(mirror)을 형성하기 위해 에칭되는 단계에 의해 제조되는, 몰딩 응용들에 사용되는 굽은 면.
  3. a) 렌즈 몰드 블랭크 또는 렌즈 몰드 삽입부 블랭크의 적어도 한 면 상에 방사선 경화 물질을 침전하는 단계; 및 b) 몰딩 면이 상기 방사선 경화 물질의 적어도 한 면 상에 광학 특성(optical characteristics)을 갖는 광학적 퀄리티(optical quality) 몰딩 면을 형성하는데 적절한 조건 하에 상기 방사선 경화 물질을 경화하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 경화 단계는 방사선을 변조하는 단계(modulating)를 더 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 변조 단계(modulating)는 마스크를 사용하거나, 적응성있는 거울을 사용하거나, 공간적인 변조를 사용하거나, 불연속적 배열의 거울들을 사용하여 실행되는, 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 변조 단계는 그레이-스케일 마스크를 사용하여 실행되는, 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 방사선 경화 물질은 우레탄 아크릴레이트, 사이클로알리파틱 에폭시, 폴리우레탄 올리고머, 수소화 비스페놀 A 에폭시, 폴리(노보넨) 에폭시, 또는 그들의 조합인, 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 방사선 경화 물질은, 우레탄 아크릴레이트, 사이클로알리파틱 에폭시, 폴리우레탄 올리고머, 수소화 비스페놀 A 에폭시, 폴리(노보넨) 에폭시, 또는 그들의 조합인, 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 방사선 경화 물질은, 우레탄 아크릴레이트, 사이클로알리파틱 에폭시, 폴리우레탄 올리고머, 수소화 비스페놀 A 에폭시, 폴리(노보넨) 에폭시, 또는 그들의 조합인, 방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 경화 단계는 약 100nm 내지 약 800nm에서 빛을 사용하여 실행되는, 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 경화 단계는 약 100nm 내지 약 800nm에서 빛을 사용하여 실행되는, 방법.
  12. a) 렌즈 몰드 블랭크 또는 렌즈 몰드 삽입부 블랭크의 적어도 한 면 상에 방사선 경화 물질을 침전하는 단계; b) 상기 방사선 경화 물질의 적어도 한 면 상에 광학 특성을 갖는 광학적 퀄리티 몰딩 면을 형성하기에 적합한 조건 하에서 상기 방사선 경화 물질을 경화하는 단계; 및 c) 상기 광학적 퀄리티 면을 코팅하는 단계를 포함하는, 방법.
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