KR20150025399A - 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법 - Google Patents

254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 UV LED 광원에 대한 380nm 파장을 254nm 파장으로 변환하여 살균 효율을 높일 수 있는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 방법은, 380nm 파장의 자외선을 254nm 파장의 자외선으로 변환하기 위한 파장변환 렌즈의 제조 방법에 있어서, a) 합성수지인 플라스틱(Chemical Lens: CR렌즈)의 볼록면과 오목면에 하드막 강화를 위해 침지 코팅(Dip Coating) 방식으로 하드코팅을 수행하는 단계; b) 기본수지, 용매, 무기질 필러, 경화촉매, 산촉매, 계면활성제 및 물을 포함하는 코팅용 조성물을 도포하는 단계; c) 380nm 파장의 자외선 광원을 차단하기 위해 플루오로 고분자 박막을 갖는 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및 d) 254nm 파장의 자외선 광원을 밴드패스하며, 실리콘, 산화마그네슘, 수산화 나트륨을 주원료인 조성물로 구성된 제2 코팅층을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 기존의 380nm 미만 파장의 UV LED 광원을 254nm 파장의 자외선으로 출력함으로써, 254nm 파장을 갖는 고가의 자외선 LED를 사용하지 않고 살균 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LENS HAVING A FUNCTION OF 254nm BAND PASS FILTER}
본 발명은 렌즈 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 380nm 미만 파장의 UV LED 광원을 254nm 파장의 자외선만을 출력할 수 있도록 마이크로 렌즈의 표면으로 254nm 파장의 자외선을 밴드패스 하기 위한 코팅제를 도포함으로써, 380nm UV LED 램프를 이용하여 254nm 파장의 자외선을 제공하여 살균 효율을 높일 수 있는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광파장을 변환시키기 위한 소자로써 칩 레벨에서 파장 변환층을 갖는 발광 다이오드가 제시될 수 있다. 이는 파장변환 영역과 투광영역을 갖는 선택적 파장변환층을 채택함으로써, 변환되지 않은 광에 대한 파장변환된 광의 상대적인 비율을 상기 영역들의 면적을 조절하여 제어하게 된다.
즉, 첨부된 특허문헌과 같이 반도체층들은 제1 도전형 반도체층(25), 제2 도전형 반도체층(29) 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층(27)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 도전형 및 제2 도전형은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다.
제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광 예컨대 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 제1 도전형 반도체층(25) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 상기 활성층(27)에 비해 밴드 갭이 큰 물질로 형성된다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(25)과 상기 기판(21) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다. 버퍼층(23)은 기판(21)과 제1 도전형 반도체층(25)의 격자부정합을 완화한다.
상기 제1 도전형 반도체층(25)의 일 영역이 노출되고, 그 위에 제1 패드전극(35)이 위치한다. 상기 제1 패드전극(35)은 제1 도전형 반도체층(25)에 오믹콘택된다. 한편, 제2 도전형 반도체층(29) 상에 제2 패드전극(33)이 위치한다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상에 투명전극(31)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극(31)은 제2 도전형 반도체층(29)에 오믹 콘택되며, 활성층(27)에서 방출된 광을 투과시킨다. 한편, 제2 패드전극(33)은, 상기 투명전극(31)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(29)에 접촉할 수도 있다.
한편, 선택적 파장변환층(37)이 광방출면, 즉 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상부에 위치한다. 투명전극(31)이 형성된 경우, 상기 선택적 파장변환층(37)은 투명전극(31) 상에 위치한다. 또한, 도시한 바와 같이, 상기 제1 패드 전극(35)과 제2 패드 전극(33)의 상면은 상기 선택적 파장변환층(37)의 상면과 동일 높이에 위치할 수 있다.
상기 선택적 파장변환층(37)은 파장변환 영역(37a)과 투광 영역(37b)을 포함한다. 파장변환 영역(37a)은 형광체를 함유하는 파장변환 물질층으로 형성되며, 투광 영역(37b)은 개구부이거나 투광성 물질층으로 형성될 수 있다. 상기 파장변환 물질층은 형광체를 함유하는 SOG(spin-on glass), 에폭시 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있으며, 투광성 물질층은 투광성 산화막 또는 투광성 수지로 형성된다. 상기 투광성 물질층은 형광체를 함유하지 않거나, 상기 파장변환 물질층에 비해 적은 양의 형광체를 함유한다.
상기 파장변환 물질층(37a)에 함유되는 형광체는 한 종류의 형광체에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 형광체들이 함유될 수 있다. 상기 형광체들은 공지된 것들을 채택하여 사용할 수 있다. 상기 형광체들은 상기 활성층(27)에서 방출되는 광의 파장을 고려하여 변환효율이 큰 형광체들로 선택될 수 있다. 즉, 상기 형광체들은 YAG:Ce계 형광체, 오소실리케이트계 형광체 또는 황화물 형광체들일 수 있다. 이들 형광체의 구성원소들의 일부를 치환함으로써 변환광의 파장을 다양하게 변경할 수 있다.
그러나, 전술된 변환광의 파장을 변경하는 것은 형광체들의 선택적 범위 내에서 이루어지기 때문에, 특정 대역의 광파장으로 변환 출력하는 것은 예시된 기술에 의해서는 구현이 불가능하게 된다. 즉, 실질적인 광원의 파장을 변환하여 광원의 기능을 달리할 수 있는 기술적 메카니즘이 결여되어 광변환 기술의 사용범주가 한정될 수밖에 없는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허 10-1259997, 등록일자 2013년 04월 25일, 발명의 명칭 '선택적 파장 변환층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법'
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 380nm 미만 파장의 UV LED 광원을 254nm 파장의 자외선으로 출력할 수 있는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 마이크로 렌즈의 표면으로 254nm 파장의 자외선을 밴드패스함으로써, 254nm 파장을 갖는 고가의 자외선 LED를 사용하지 않고 살균 효율을 높일 수 있는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 마이크로 렌즈의 표면으로 254nm 파장의 자외선을 밴드패스하기 위한 코팅제를 도포함으로써, 제조의 효율성을 높이고 제조 단가를 격감시킬 수 있는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 렌즈의 표면으로 도포되는 코팅제는 이산화 티타늄 10-15wt%, 황산칼슘 10-15wt%, 산화아연 20-30wt%로 구성된 무기 미립자와, 클로로에틸렌 20-30wt%, 비닐리덴 클루오라이드 5-10wt%, 헥사플루오로프로필렌 5-10wt%로 구성되는 플루오로 수지로 구성되어 380nm 파장을 차단하는 제1 코팅층과, 실리콘, 산화마그네슘, 수산화 나트륨의 혼합물로 구성되어 254nm 파장의 자외선을 밴드패스하기 위한 제2 코팅층으로 구성되어, 254nm 파장의 자외선을 밴드패스할 수 있는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법은, 380nm 파장의 자외선을 254nm 파장의 자외선으로 변환하기 위한 파장변환 렌즈의 제조 방법에 있어서, a) 합성수지인 플라스틱(Chemical Lens: CR렌즈)의 볼록면과 오목면에 하드막 강화를 위해 침지 코팅(Dip Coating) 방식으로 하드코팅을 수행하는 단계; b) 기본수지, 용매, 무기질 필러, 경화촉매, 산촉매, 계면활성제 및 물을 포함하는 코팅용 조성물을 도포하는 단계; c) 380nm 파장의 자외선 광원을 차단하기 위해 플루오로 고분자 박막을 갖는 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및 d) 254nm 파장의 자외선 광원을 밴드패스하며, 실리콘, 산화마그네슘, 수산화 나트륨을 주원료인 조성물로 구성된 제2 코팅층을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하드코팅은 유전체 박막층으로, 상기 플라스틱 렌즈를 쳄버 내에 위치시킨 후, 진공펌프를 사용하여 3.0 ×10-5 Torr까지 진공 감압 후, 고압을 인가한 필라멘트의 열전자들을 사용하는 전자빔 방식으로 박막형성 물질인 목표물에 충돌시켜 분자단위의 균일한 박막층을 플라스틱 렌즈 위에 증착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제1 코팅층은, 플루오로 고분자 박막으로 무기 미립자를 포함하며, 상기 무기 미립자는 이산화 티타늄 10-15 중량부, 황산칼슘 10-15 중량부, 산화아연 20-30 중량부로 구성되고; 상기 플루오로 박막은 C3F8, C4F8, CHF3, 비닐플루오르화물(Vinyl fluoride, VF1), 불화비닐리덴(Vinylidene fluoride, VDF 또는 VF2), 테트라플루오로에틸렌 (Tetrafluoroethylene, TFE), 퍼플루오르프로필비닐에테르 (Perfluoro propylvinylether, PPVE), 퍼플루오르메틸비닐에테르(Perfluoromethylvinylether, PMVE), 클로로트리플루오로에틸렌 (Chlorotrifluoroethylene, CTFE) 중 어느 하나의 물질을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제2 코팅층은, 실리콘 20-30 중량부, 산화마그네슘 5-10 중량부, 수산화 나트륨 5-10 중량부를 포함하며, 이산화실리콘(SiO2) 산화알루미늄(Al2O3), 산화붕소(B2O3), 산화칼슘(CaO), 산화스트론튬(SrO), 및 산화바륨(BaO)을 더 포함하되, 조성물을 구성하는 복수의 성분의 총합은 100 중량부 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제시하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법은, 기존의 380nm 미만 파장의 UV LED 광원을 254nm 파장의 자외선으로 출력함으로써, 254nm 파장을 갖는 고가의 자외선 LED를 사용하지 않고 살균 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 마이크로 렌즈의 표면으로 254nm 파장의 자외선을 밴드패스하기 위한 코팅제를 도포함으로써, 제조의 효율성을 높이고 제조 단가를 격감시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 기존의 UV LED 광원에 대한 380nm 파장을 254nm 파장으로 변환하여 살균 효율을 높이고, 사용의 안전성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 마이크로 렌즈 구조를 구현함에 따라 살균장치의 소형화를 이루고 살균을 위한 소비전력을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다. 더욱이, 소비전력의 최소화 및 소형화 구조는 살균장치의 응용 범위를 확대할 수 있어 시스템의 기능성 확보가 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 파장변환층을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 렌즈 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는 렌즈의 표면으로 제1 코팅층과 제2 코팅층을 제공하는데, 이를 위해 상기 렌즈는 합성수지인 플라스틱 렌즈(CR 렌즈)가 사용된다. 상기 코팅층을 구성하기 위해, 상기 렌즈의 표면으로 하드 코팅을 소정 두께로 수행한다.
본 발명에서 제시하는 파장변환 렌즈는 380nm 파장의 자외선을 254nm 파장의 자외선으로 변환하는 것이며, 이로부터 UV LED 램프의 광원을 자외선 살균 효율이 높은 광원으로 변환한다.
도 2는 본 발명에 따른 렌즈 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도시한 바와 같이, S201 단계에서 렌즈의 하드 코팅을 수행한다. 여기서, 렌즈의 재질은 화학합성에 의하여 제조된 합성수지인 플라스틱(Chemical Lens: CR렌즈)이며, 1.5∼1.7 정도의 굴절률을 가지는 중굴절 또는 고굴절 렌즈이다. 상기의 플라스틱 렌즈를 사용하여 렌즈의 볼록면과 오목면 모두에 하드막 강화를 위해 침지 코팅(Dip Coating)방식으로 하드코팅을 수행한다.
코팅물질로는 사용 렌즈의 종류에 따라 1.55∼1.62 범위의 굴절률을 갖는 실리카 계열의 하드막을 두께 2∼3㎛로 코팅한다. 여기서, 플라스틱 렌즈에 증착되는 박막으로는 유전체 박막층으로, 상기 유전체 박막층은 구현하고자 하는 렌즈로 증착되는 배열구조 및 증착 위치(렌즈의 앞면 또는 뒷면)를 달리할 수 있는바, 기본적으로는 하드막이 코팅된 플라스틱 렌즈의 앞면(+)에 유전체 박막층을 증착한다.
상기 유전체 박막층은 플라스틱 렌즈를 쳄버 내에 위치시킨 후, 진공펌프를 사용하여 3.0 ×10-5 Torr까지 진공 감압 후, 고압을 인가한 필라멘트의 열전자들을 사용하는 전자빔 방식으로 박막형성 물질인 목표물에 충돌시켜 분자단위의 균일한 박막층을 플라스틱 렌즈 위에 증착한다. 아울러 박막의 내구성을 높이기 위하여 산소가스를 이온화한 이온화에너지를 이용하는 이온빔보조증착 방식을 보완하여 이용한다.
또한, 증착이 행해지는 쳄버 내의 온도는 150∼180℃의 온도로 수행한다. 이는 기존의 진공증착법에서 행해지는 80℃ 이하 온도를 사용하는 기술과는 다른 것으로서, 상기의 고온상태에서 증착을 수행하고, 증착 공정이 끝나면 쳄버 내의 온도를 80℃ 이하로 내린 다음, 쳄버 외부로 유전체 박막층이 형성된 플라스틱 렌즈를 반출시키게 함으로써 진공증착에 의하여 형성된 코팅 박막에 균열이 발생하지 않는 특징을 부여할 수 있다.
이온빔이 조사되는 시간에 있어서도, 종래에 약 120초 정도에서 수행하던 것을 200초 이상으로 하여 상기의 150∼180℃의 고온에서 증착을 행하게 되면 박막이 강하게 부착될 수 있다. 이는 기존에 80℃ 이하의 온도에서 박막을 증착할 때에 온도 편차에 의한 경시변화에 의하여 박막에 균열이 발생하는 것을 방지하게 해준다. 상기 하드막 위에 기본적으로 형성되는 유전체 박막층은 입사되는 가시광선 영역의 투과율을 향상시키기 위하여 유전체 물질을 사용한다.
이후, 유전체 박막층으로 특정 파장의 자외선 광원을 밴드패스하기 위한 코팅이 이루어지는데, 이러한 코팅층은 380nm 파장을 차단하는 제1 코팅층과, 254nm 파장의 자외선을 밴드패스하기 위한 제2 코팅층으로 구성된다. 그리고, 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 도포하기 위한 코팅용 조성물이 먼저 도포 되는데, S203 단계와 같이 상기 제1 코팅층을 구성하는 플루오로 수지를 도포하기 위해 기본수지, 용매, 무기질 필러, 경화촉매, 산촉매, 계면활성제 및 물을 포함하는 조성물이 도포 된다.
먼저, 상기 기본수지로서는 테트라메톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 페닐트리메톡시 실란, 디페닐디메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 디메틸디에톡시 실란, 페닐트리에톡시 실란, 디페닐디에톡시 실란, 이소부틸트리메톡시 실란, 메틸트리이소프로폭시 실란, 테트라프로폭시 실란이 적어도 1종 이상 포함되는 알콕시 실란류가 포함되어 사용된다.
상기 수지들은 조성물을 기재상에 경화시키는 경우 유기염료의 착색을 가능하게 하는 역할을 한다. 기본수지는 25 내지 35 중량부로 포함된다. 용매(solvent)는 상기 수지들을 희석하기 위해 사용되며, 알코올류, 케톤류, 셀로솔브류 등을 사용하며, 예로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 디아세톤알콜, 아세틸아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 셀로솔브아세테이트가 적어도 1종 이상 포함되어 사용된다. 용매는 10 내지 40 중량부가 되도록 포함한다.
촉매는 경화촉매와 산촉매가 포함된다. 경화촉매는 기본수지와 반응하여 3차원 구조의 안정한 분자 덩어리를 형성함으로써 저장 안정성을 개선시키고 피막을 형성하여 경화속도를 촉진시키며, 산촉매는 pH 및 반응속도를 조절하기 위해 포함된다. 경화촉매로는 알루미늄 이소프로폭사이드(Aluminum isopropoxide), 알루미늄 아세틸아세토네이트(Aluminum acetylacetonate), 디시안디아미드(Dicyandiamide), 이타코닉산(Itaconic acid) 중 적어도 일종 이상이 사용된다.
상기 산촉매로는 아세트산(Acetic acid), 인산, 붕산, 염산, 질산, 설폰산 중 적어도 일종이상이 사용될 수 있다. 경화촉매는 기본수지에 대하여 0.1 내지 10중량부로 포함되는 것이 바람직한데, 0.1 미만일 경우에는 경도가 낮아지며, 10 중량부를 초과하는 경우 표면경화가 빨라 작업성이 떨어지기 때문이다. 또한 산 촉매는 0.1 내지 2중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 무기물 필러(inorganic filler)로는 표면처리된 무기물 필러를 사용한다. 이때, 표면처리는 무기산화물 졸에 보조수지 중 적어도 하나를 적하 투입한 후 3시간 가량 초음파 처리하면서 혼합하고 필터링하는 처리를 말한다. 한편, 표면처리된 무기물 필러는 10℃이하에서 냉장보관하는 것이 필요하다. 무기물 필러는 20 내지 70 중량부로 포함된다.
여기서, 사용되는 무기산화물 졸은 메틸알콜 속에 콜로이드상으로 존재하는 일종 이상의 무기산화물을 포함하는 무기산화물 졸이 사용될 수 있다. 이때, 무기산화물은 Silicon-Oxide를 필수적으로 포함하고, Zirconium-Oxide, Stannic-Oxide, Antimony-Oxide, Titanium-Oxide, Ferric-Oxide 중에 선택되는 적어도 1종 이상의 무기산화물이 사용될 수 있다.
또한, 표면처리에 사용되는 보조수지는 전술한 실란기를 가지는 기본수지는 모두 가능하나, 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane)가 바람직하게 사용될 수 있다. 이때 표면처리에 이용되는 보조수지와 무기산화물 졸은 다양한 비율로 혼합될 수 있지만, 90 내지 98 중량부의 무기산화물 졸과 2 내지 10 중량부의 보조수지로 구성되는 것이 바람직하다. 기본수지의 양이 2보다 작은 경우 박리성 개선효과가 낮고, 함량이 10을 초과하는 경우 굴절율이 낮아지기 때문이다.
이후 S205 단계로 진입하여, 제1 코팅층을 형성한다. 상기 제1 코팅층은 플루오로 고분자 박막으로 380nm 파장의 자외선을 차단하는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 플루오로 고분자 박막은 무기 미립자를 포함하며, 상기 무기 미립자의 직경은 대략 10nm 내지 30nm가 바람직하다. 또한, 상기 무기 미립자는 이산화 티타늄 10-15 중량부, 황산칼슘 10-15 중량부, 산화아연 20-30 중량부로 구성된다.
상기 플루오로 박막은 C3F8, C4F8, CHF3, 비닐플루오르화물(Vinyl fluoride, VF1), 불화비닐리덴(Vinylidene fluoride, VDF 또는 VF2), 테트라플루오로에틸렌 (Tetrafluoroethylene, TFE), 퍼플루오르프로필비닐에테르 (Perfluoro propylvinylether, PPVE), 퍼플루오르메틸비닐에테르(Perfluoromethylvinylether, PMVE), 클로로트리플루오로에틸렌 (Chlorotrifluoroethylene, CTFE) 등 다양한 전구 물질을 이용하여 구성될 수 있다.
상기 플루오로 박막은 열적 리플로우 처리인 열처리 공정을 수행함으로써, 플루오로 박막이 코팅된 렌즈가 형성된다. 이때, 수행되는 열 처리는 유리 전이 온도(Glass Transition Temperature, Tg) 이상의 온도로 패턴을 가열할 수 있다. 열가소성 특성을 갖는 패턴의 유리 전이 온도 및 열전도율(thermal conductivity)은 특성에 따라 열처리 온도 및 시간이 상이할 수 있는 것으로, 열처리 온도는 +100℃로부터 300℃ 사이, 열처리 시간은 1분에서 6시간 사이가 바람직하다.
이후 S207 단계에서, 제2 코팅층을 형성하며 254nm 파장의 자외선을 밴드패스하며, 실리콘, 산화마그네슘, 수산화 나트륨을 주원료인 조성물로 이루어진다.
여기서, 실리콘 20-30 중량부, 산화마그네슘 5-10 중량부, 수산화 나트륨 5-10 중량부를 포함하며, 이에 이산화실리콘(SiO2) 산화알루미늄(Al2O3), 산화붕소(B2O3), 산화칼슘(CaO), 산화스트론튬(SrO), 및 산화바륨(BaO)을 더 포함한다. 상기 조성물을 구성하는 복수의 성분의 총합은 100 중량부 이하이다.
상기 실리콘은 제 코팅층을 구성하는 주요 재료 중의 하나로서, 고함량의 실리콘에 의해 코팅층의 경량화와 낮은 열팽창의 목적을 달성할 수 있지만, 용융에 필요한 가공 온도와 가공 시간을 증가시키므로 에너지 낭비를 초래하고 생산량을 감소시키며, 과소량의 실리콘은 실투(devitrification) 현상을 초래하여 코팅 렌즈의 투명도를 저하시키므로 렌즈 품질에 영향을 주며 내화학성 강도가 떨어지게 된다.
상기 산화마그네슘의 함량은 5∼10 중량부이며, 산화마그네슘은 액상 온도를 낮추는 관건이지만, 농도가 너무 높거나 또는 너무 낮을 경우, 액상 온도는 높아진다.
상기 수산화 나트륨의 무게 백분율은 5% - 10%이다. 수산화 나트륨은 렌즈 융해 점착도를 감소시키며 팽창계수를 증가시키지 않는다. 적당한 양의 수산화 나트륨은 불화수소산에 견디는 능력을 증가시켜 제조공정을 용이하게 하지만, 과량의 농도는 렌즈의 내산성을 저하시키며 변형점이 너무 낮아지게 한다.
한편, 상기 산화칼슘의 함량은 0.01∼0.1 중량부이고, 산화스트론튬의 함량은 0.01∼0.1 중량부 범위이며, 상기 산화바륨의 함량은 0.01∼0.5 중량부 범위이다. 알칼리토금속 산화물 성분, 예를 들면, 산화칼슘, 산화스트론튬, 및 산화바륨은 렌즈의 융해 및 단상(單相) 용융액을 형성하는 데 필요한 양이온을 제공하지만, 알칼리토금속 산화물 농도가 너무 높으면 형성된 코팅층의 열팽창계수가 너무 높아진다.
이와 같이 구성되는 제2 코팅층은 두께 8 내지 20 ㎛를 갖는 투명 코팅으로 굴절률을 높이게 된다. 더욱이, 상기 제2 코팅층은 254nm 파장의 광원을 밴드패스하는 것이 요구됨과 동시에 가시광선 영역의 투과율이 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 380nm 파장의 자외선 투과율이 10％ 미만, 더욱 바람직하게는 5％ 미만이며, 254nm 파장의 자외선 투과율이 80％ 이상, 더욱 바람직하게는 85％ 이상을 갖는다.
상기 제2 코팅층은 고온고습하에 장시간 방치해도 그 분광 특성이나 밴드패스의 대역 변화가 매우 억제되며, 특정 대역의 광투과율에 대한 변화량이 작게 된다. 따라서, 본 발명에서 제시하는 렌즈는 도 3에서 인지되는 바와 같이, 380nm 파장의 UV LED 램프 광원이 상기 제2 코팅층 및 제1 코팅층을 거쳐 254nm 파장의 자외선만을 방사하게 되어 결국, 자외선 살균 효율이 높은 파장 대역을 적극적으로 활용할 수 있게 되는 것이다.
S201 : 하드 코팅 과정 S203 : 코팅용 조성물 도포 과정
S205 : 제1 코팅층 형성 과정 S207 : 제2 코팅층 형성 과정

Claims (7)

  1. 380nm 파장의 자외선을 254nm 파장의 자외선으로 변환하기 위한 파장변환 렌즈의 제조 방법에 있어서,
    a) 합성수지인 플라스틱(Chemical Lens: CR렌즈)의 볼록면과 오목면에 하드막 강화를 위해 침지 코팅(Dip Coating) 방식으로 하드코팅을 수행하는 단계;
    b) 기본수지, 용매, 무기질 필러, 경화촉매, 산촉매, 계면활성제 및 물을 포함하는 코팅용 조성물을 도포하는 단계;
    c) 380nm 파장의 자외선 광원을 차단하기 위해 플루오로 고분자 박막을 갖는 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및
    d) 254nm 파장의 자외선 광원을 밴드패스하며, 실리콘, 산화마그네슘, 수산화 나트륨을 주원료인 조성물로 구성된 제2 코팅층을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 단계의 하드코팅은 유전체 박막층으로, 상기 플라스틱 렌즈를 쳄버 내에 위치시킨 후, 진공펌프를 사용하여 3.0 ×10-5 Torr까지 진공 감압 후, 고압을 인가한 필라멘트의 열전자들을 사용하는 전자빔 방식으로 박막형성 물질인 목표물에 충돌시켜 분자단위의 균일한 박막층을 플라스틱 렌즈 위에 증착하는 것을 특징으로 하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 b) 단계의 상기 기본수지는 테트라메톡시 실란, 메틸트리메톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 페닐트리메톡시 실란, 디페닐디메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 디메틸디에톡시 실란, 페닐트리에톡시 실란, 디페닐디에톡시 실란, 이소부틸트리메톡시 실란, 메틸트리이소프로폭시 실란, 테트라프로폭시 실란이 적어도 1종 이상 포함되고;
    상기 용매(solvent)는 상기 수지들을 희석하기 위해 사용되며, 알코올류, 케톤류, 셀로솔브류 등을 사용하되, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 디아세톤알콜, 아세틸아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 셀로솔브아세테이트가 적어도 1종 이상 포함되며;
    상기 촉매는 알루미늄 이소프로폭사이드(Aluminum isopropoxide), 알루미늄 아세틸아세토네이트(Aluminum acetylacetonate), 디시안디아미드(Dicyandiamide), 이타코닉산(Itaconic acid) 중 적어도 일종 이상의 경화촉매와, 아세트산(Acetic acid), 인산, 붕산, 염산, 질산, 설폰산 중 적어도 일종이상의 산촉매를 포함하고;
    상기 무기물 필러(inorganic filler)는 Silicon-Oxide를 필수적으로 포함하고, Zirconium-Oxide, Stannic-Oxide, Antimony-Oxide, Titanium-Oxide, Ferric-Oxide 중에 선택되는 적어도 1종 이상의 무기산화물이 사용되는 것을 특징으로 하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 c) 단계의 상기 제1 코팅층은 플루오로 고분자 박막으로 무기 미립자를 포함하며, 상기 무기 미립자는 이산화 티타늄 10-15 중량부, 황산칼슘 10-15 중량부, 산화아연 20-30 중량부로 구성되고;
    상기 플루오로 박막은 C3F8, C4F8, CHF3, 비닐플루오르화물(Vinyl fluoride, VF1), 불화비닐리덴(Vinylidene fluoride, VDF 또는 VF2), 테트라플루오로에틸렌 (Tetrafluoroethylene, TFE), 퍼플루오르프로필비닐에테르 (Perfluoro propylvinylether, PPVE), 퍼플루오르메틸비닐에테르(Perfluoromethylvinylether, PMVE), 클로로트리플루오로에틸렌 (Chlorotrifluoroethylene, CTFE) 중 어느 하나의 물질을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 d) 단계의 제2 코팅층은 실리콘 20-30 중량부, 산화마그네슘 5-10 중량부, 수산화 나트륨 5-10 중량부를 포함하며, 이산화실리콘(SiO2) 산화알루미늄(Al2O3), 산화붕소(B2O3), 산화칼슘(CaO), 산화스트론튬(SrO), 및 산화바륨(BaO)을 더 포함하되, 조성물을 구성하는 복수의 성분의 총합은 100 중량부 이하인 것을 특징으로 하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산화칼슘의 함량은 0.01∼0.1 중량부이고, 산화스트론튬의 함량은 0.01∼0.1 중량부 범위이며, 상기 산화바륨의 함량은 0.01∼0.5 중량부인 것을 특징으로 하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 코팅층은 두께 8 내지 20 ㎛를 갖는 투명 코팅이며;
    380nm 파장의 자외선 투과율이 10％ 미만이고, 254nm 파장의 자외선 투과율이 80％ 이상인 것을 특징으로 하는 254나노미터 파장의 자외선 광원을 밴드 패스하기 위한 렌즈 제조방법.
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KR102390393B1 (ko) * 2021-02-25 2022-04-25 경일대학교산학협력단 항공기용 살균 장치 및 이를 이용한 항공기 내부의 살균 시스템

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