KR20160012787A

KR20160012787A - 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법 및 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈

Info

Publication number: KR20160012787A
Application number: KR1020140094962A
Authority: KR
Inventors: 장동규
Original assignee: 주식회사 케이오씨솔루션
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-02-03
Also published as: CN106537191A; EP3173827A4; WO2016013907A1; EP3173827A1

Abstract

본 발명은 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 새로운 방법과 그에 따라 제조된 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈에 관한 것이다. 본 발명에서는, 기재필름 위에 기능성 코팅물질을 인쇄 또는 코팅하여 기능성 코팅층을 형성하는 단계; 상기 기능성 코팅층을 건조 또는 경화시키는 단계; 및 상기 건조 또는 경화된 기능성 코팅층을 상기 기재필름으로부터 광학렌즈로 전사시키는 단계를 포함하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 완성된 렌즈에 간단한 추가 공정만으로 광변색성, 셀프힐링과 같은 기능성을 부여할 수 있다. 본 발명의 방법은 생산성이 높고 대량생산이 가능하며 생산비 또한 기존의 방법보다 크게 절감할 수 있다.

Description

광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법 및 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈 {Method of making functional coating on optical lens and optical lens having the functional coating}

본 발명은 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 새로운 방법과 그에 따라 제조된 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈에 관한 것이다.

안경렌즈를 포함하는 광학렌즈에는 필요에 따라 또는 특정 목적에 따라 광변색성, 내스크래치성, 표면경도 향상, 항반사성 등의 다양한 기능성 코팅층을 형성하게 된다. 이러한 코팅 공정은 광학렌즈 전체의 생산성을 저하시키는 주요 요인이 될 수 있고, 안경렌즈처럼 렌즈의 두께가 균일하지 않은 경우 코팅의 균일성을 확보하기 어려운 문제가 있다. 특히, 광변색렌즈의 경우 렌즈의 두께가 두꺼운 부분은 변색물질이 많이 분포하게 되어 색 농도가 진해지는 반면 변색 감도가 둔해지고, 반대로 두께가 얇은 부분은 색농도가 옅어지는 반면 벽색 감도가 예민해져, 렌즈의 색상과 변색 기능에 불균일이 생기게 된다.

이러한 문제들을 해결하기 위하여 기존에 다양한 코팅법이 제안되었다. 일본 특허공보 제3643606호에서는 기재 시트 위에 광변색층이 설치되어 있는 변색전사시트를 렌즈 형상의 내벽을 갖는 금형에 놓고 금형과 합치하는 형상의 판으로 이 변색전사시트를 밀어 넣어 금형 내부에 밀착시킨 후 여기에 렌즈 중합재료를 주입하고 중합시켜 변색전사시트가 부착된 렌즈를 얻는다. 이때 탈형 후 변색전사시트에서 기재를 박리함으로써 광변색층이 렌즈에 부착 코팅된 광변색 렌즈를 얻게 된다.

현재 많이 이용되고 있는 기능성 코팅방법은, 렌즈가 회전하는 동안 렌즈의 중앙에 액체 코팅 물질을 침착시키는 회전 코팅 기술인 스핀 코팅법으로, 원심력에 의해 코팅 물질을 회전하는 렌즈의 표면 위에 확산시키게 된다. 이후 렌즈를 정지시키고 코팅 물질을 열 경화 또는 자외선 경화 등의 방법으로 경화시켜 코팅을 완성하게 된다. 스핀 코팅법은 기존에 사용되던 코팅법에 비해 코팅 성능이 우수하고 비교적 균일한 코팅이 가능하다는 장점을 갖고 있으나, 반면 단점 또한 갖고 있다. 예를 들면, 성형된 렌즈의 볼록면에 코팅 물질을 놓고 코팅의 유동이 렌즈의 중앙으로부터 렌즈의 가장자리로 향하도록 원심력이 작용하기 때문에 렌즈의 중앙보다 가장자리에서 코팅이 더 두꺼워져, 불균일한 코팅 두께를 야기할 수 있다. 또한, 스핀 코팅법에서는 성형된 렌즈를 홀더에 고정시켜야 하고, 이 홀더가 스핀 코팅 공정 동안 소정의 속도로 렌즈를 회전시킬 수 있어야 하며, 코팅 전에 렌즈 회전을 시작한 후 코팅이 끝난 다음 다시 렌즈를 정지시키는 시간이 필요하므로 코팅 효율이 떨어지고, 전체적으로 렌즈 자체의 생산성이 떨어지게 된다.

일본 특허공보 제3643606호 대한민국 등록특허공보 10-0912993 대한민국 등록특허공보 10-0982076 대한민국 등록특허공보 10-1167367 대한민국 공개특허공보 10-2011-0099741

본 발명에서는 종래의 문제점을 개선한 새로운 방법으로 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명에서는 보다 용이한 방법으로 광변색코팅 또는 셀프힐링 코팅이 가능하고 대량 생산에 적합한 새로운 코팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명에서는 이에 따라 제조된, 기능성 코팅층이 균일하고 안정적으로 형성되어 있는 광학렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는,

기재필름 위에 기능성 코팅물질을 인쇄 또는 코팅하여 기능성 코팅층을 형성하는 단계;

상기 기능성 코팅층을 건조 또는 경화시키는 단계; 및

상기 건조 또는 경화된 기능성 코팅층을 상기 기재필름으로부터 광학렌즈로 전사시키는 단계를 포함하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명에서는, 상기 방법으로 얻어진, 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈가 제공된다. 상기 광학렌즈는 광변색렌즈, 시력 교정용 안경렌즈, 선글라스, 스포츠고글, 산업용 보호안경, 카메라 광학렌즈, 프리즘 렌즈, LED 렌즈, 자동차 헤드라이트 등을 포함한다.

본 발명에서는 보다 용이한 방법으로 광학렌즈에 광변색 코팅층 또는 셀프힐링 코팅층을 형성할 수 있으며, 본 발명의 방법은 생산성이 높고 대량생산이 가능하며 생산비 또한 기존의 방법보다 크게 절감할 수 있다. 본 발명에 따르면, 완성된 렌즈에 간단한 추가 공정만으로 광변색성, 셀프힐링과 같은 기능성을 부여할 수 있다.

광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 본 발명의 방법은, 기재필름에 기능성 코팅물질을 인쇄하는 단계; 인쇄된 기능성 코팅층을 건조 또는 경화시키는 단계; 그리고 건조 또는 경화된 기능성 코팅층을 광학렌즈로 전사시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은, 필요에 따라 광학렌즈로 전사된 기능성 코팅층을 열 또는 UV로 경화시키는 단계, 건조 또는 경화된 기능성 코팅층 위에 접착제층을 형성하는 단계 등을 더 포함할 수 있다. 이하 각 단계별로 상세히 설명한다.

기재필름에 기능성 코팅층을 형성하는 단계

기재필름은 통상적인 전사필름에 사용되는 기재필름을 사용할 수 있다. 기재필름은 바람직하게는 그 위에 형성된 이형층을 더 포함할 수 있다. 상기 기재필름은, 예컨대 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 폴리에틸렌계, 트리아세테이트계 수지, 또는 이들의 혼합 수지로 이루어질 수 있다. 상기 이형층은 기재필름으로부터 인쇄층(또는 코팅층)을 용이하게 분리시키는 기능을 한다. 이형층은, 예를 들면, 왁스, 실리콘, 멜라민, 테프론, 불포화 우레탄 등으로 이루어질 수 있다. 이형층의 두께는 바람직하게는 0.01~1.5㎛ 정도로 이루어질 수 있다.

기능성 코팅물질은 기능성 코팅층을 형성하기 위한 코팅액으로, 목적하는 기능성 코팅층에 따라 달라진다. 본 발명이 목적하는 기능성 코팅층은 광변색 코팅층, 셀프힐링 코팅층, 하드 코팅층, 전반사 코팅층, 발수층, 방오층 등이 가능하며, 특히 본 발명의 방법은 광변색 코팅층과 셀프힐링 코팅층의 형성에 적합하다. 각각의 코팅액 조성물은 공지의 조성물로부터 통상의 기술자가 이용 가능하다. 기능성 코팅층이 광변색 코팅층일 때, 상기 기능성 코팅물질은 바람직하게는 광변색화합물과 바인더를 포함한다. 상기 바인더는, 바람직하게는 아크릴계, 아릴계, 우레탄계, 티오우레탄계, 에폭시계, 티오술피드계 및 EVA계의 모노머, 올리고머, 고분자 중에서 1종 이상 선택될 수 있다. 상기 바인더 중 아크릴계는, 바람직하게는 아래 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다. 광변색화합물은 많이 알려져 있는데, 예를 들면, 할로겐화은과 같은 무기화합물과 스피로피란(spiropyran)계, 스피록사진(spiroxazine)계, 크로멘계, 풀기드(fulguide)계, 아조(azo)계, 풀자마이드(fulgimide)계, 디아릴 피에텐(diarylethene)계 등의 유기화합물이 알려져 있다. 본 발명에서는 공지된 광변색화합물이 모두 사용 가능하며, 이 중 색상 등을 고려하여 적절한 것을 선택 사용한다. 구체적으로는 예를 들어, Reversacol Platinate Purple (Spiroxazine)(James Robinson사 제품), Reversacol Sea Green (Spiropyran)(James Robinson사 제품), Reversacol Solar Yellow (Chromene)(James Robinson사 제품), Reversacol Berry Red (Spiroxazine)(James Robinson사 제품), 벤조피란, 나프토피란(나프토[1,2b], 나프토[2,1-b]), 스피로-9-플루오레노[1,2-b]피란, 페난트로피란, 퀴노피, 인데노-융합된 나프토피란, 벤조옥사진, 나프트옥사진, 스피로(인돌린) 피리도벤즈옥사진 등을 사용할 수 있다.

[화학식 1]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6 = H 또는 CH3; X = C1 내지 C4의 직쇄형 알킬, C(CH3)2, C(CH3)(C6H5), C(CH3)2-C6H4-C(CH3)2; m+n=2~5)

[화학식 2]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6 = H, CH3; m = 0~5, n = 0~5, m+n = 0~6; y = 0~5, z = 0~5, y+z = 1~6; X = C1~C16의 지방족잔기, 한 개 이상의 히드록시기를 포함한 C1~C16의 지방족잔기, 질소원자 또는 산소원자가 한 개 이상 포함한 C1~C16의 지방족잔기, 한 개 이상의 히드록시기와 질소원자 또는 산소원자가 한 개 이상 포함한 C1~C16의 지방족잔기, 지환족잔기, 산소원자가 한 개 이상 포함한 헤테로 지환족잔기)

기능성 코팅층의 형성에는 인쇄 또는 코팅방법을 사용할 수 있다. 인쇄는 통상적인 전사필름에의 인쇄방법에 따라 할 수 있다. 코팅의 경우는 마이크로 그라비아, 슬롯다이, 롤, 콤머, 그라비아 코터 방법 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다. 함침, 도포, 스프레이, 스핀코팅 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, (주)피앤티사의 PCL-750 모델 코팅기를 사용하여, 코팅형태는 slot die를 사용하였으며, 건조 방법은 열풍 건조를 사용하였다. 바람직하게는, 인쇄나 코팅시 기능성 코팅층을 동그랗게 렌즈모양으로 형성할 수 있다. 이때 나중에 전사될 광학렌즈의 표면 형태에 따라 늘어나게 되는 면을 미리 고려하여 인쇄 또는 코팅함으로써 렌즈에 적용시 균일한 코팅층이 형성되게 할 수 있다.

기능성 코팅층을 반경화시키는 단계

상기와 같이 기재필름 위에 기능성 코팅층을 형성한 후 건조 또는 경화시킨다. 본 발명에서 "건조"는 흐르지 않을 정도로의 약한 건조에서 표면이 완전히 굳을 정도의 강한 건조를 모두 포함하는 의미이다. 본 발명에서 "경화"는 반경화에서 완전경화까지를 모두 포함하는 의미이다. 본 발명에서 "반경화"는 완전경화에 이르지 않은 불완전한 경화상태를 모두 포함하는 의미이다. 본 단계에서는, 바람직하게는, 상기 단계에서 형성된 기능성 코팅층이 흐르지 않을 정도로 건조시키거나 또는 반경화시킨다. 그러나 필요에 따라서는 완전 경화시키는 것도 가능하다.

건조는, 예를 들어, 자연건조, 열, 열풍 등의 방법을 사용할 수 있다. 경화는 열을 가하거나 UV 조사 등의 방법으로 수행할 수 있다.

바람직하게는 또는 필요에 따라, 기능성 코팅층을 건조 또는 경화시킨 후 그 위에 접착제층을 형성할 수 있다. 접착제층을 형성할 경우 기능성 코팅층을 광학렌즈로 전사시키는 다음 단계의 전사가 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 접착층은, 특별히 한정되는 것은 아니나, 아크릴계, 우레탄계, 우레탄 아크릴계 , EVA계 또는 비닐계 접착제로 이루어질 수 있으며, 기재필름 위에 형성된 기능성 코팅층을 광학렌즈 쪽으로 부착시키는 기능을 하게 된다. 이렇게 접착제층을 형성한 후, 필요에 따라 이 위에 보호필름을 붙여서 둘둘 말아놓은 상태로 일정 기간 보관이 가능하다.

건조 또는 경화된 기능성 코팅층을 광학렌즈로 전사시키는 단계

상기와 같이 건조 또는 경화된 기능성 코팅층을 통상적인 전사 방법에 따라 광학렌즈로 전사시킨다. 예컨대, 전사는 기재 위에 형성된 기능성 코팅층을 광학렌즈 위에 대고 압력을 가하거나 또는 압력과 열을 가하여 전사시킨다. 이때 열은 기능성 코팅물질에 따라 달라질 수 있는데, 통상 10~300℃ 범위로 열을 가할 수 있다. 기능성 코팅층을 광학렌즈 쪽으로 전사시킨 후 기재필름(이형층 포함)을 떼어내면 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈가 얻어진다.

상기 광학렌즈는 재질이나 종류에 제한 없이 다양한 종류의 광학렌즈가 모두 가능하다. 예를 들면, 광변색렌즈, 시력 교정용 안경렌즈, 선글라스, 스포츠고글, 산업용 보호안경, 카메라 광학렌즈, 프리즘 렌즈, LED 렌즈, 자동차 헤드라이트 등이 본 발명에서 광학렌즈로 사용되어 그 위에 기능성 코팅층을 형성시킬 수 있다. 특히, 광학렌즈로는 광변색렌즈, 시력 교정용 안경렌즈, 선글라스, 스포츠고글 등이 포함된다. 광학렌즈의 재질로는, 예를 들어, 티오우레탄계 광학렌즈, 아크릴계 광학렌즈, 티오에폭시계 광학렌즈, 디알릴프탈레이트계 광학렌즈, 디아릴카르보네이트계 광학렌즈 등이 모두 적용 가능하다. 특히, 본 발명의 방법은, 렌즈를 형성하는 수지 자체에 변색물질을 혼합하여 중합하기 어려운 티오우레탄계 광학렌즈 및 티오에폭시계 광학렌즈에 광변색 코팅을 형성하는데 적합하다.

전사된 기능성 코팅층을 경화시키는 단계

상기 단계에서 기재필름 위에 형성된 기능성 코팅층을 완전히 경화시키지 않았을 경우, 상기와 같이 광학렌즈로 전사시킨 후에 마저 경화시킨다. 경화 방법은 위와 동일하게 열 또는 UV 조사 등의 방법을 사용할 수 있다. 열 경화는 바람직하게는 50~200℃ 범위로 실시할 수 있으나, 경화 온도가 이에 한정되는 것은 아니다. 광변색 코팅층의 경우 코팅층의 경도가 높으면 이후 하드코팅 및 멀티코팅 등의 다른 코팅층의 형성이 용이하고 특히 멀티코팅층이 안정적으로 형성되는 장점이 있으나 변색 속도가 느려지게 된다. 반면, 코팅층의 경도가 너무 낮으면 변색 속도는 커지나 그 위에 형성되는 멀티코팅층이 깨질 수 있다. 이러한 점을 감안하여 당업자라면 용도 및 필요에 따라 경화 정도를 조절할 수 있다.

이렇게 광학렌즈 위에 기능성 코팅층의 형성이 완료되면, 필요에 따라 그 위에 하드코팅, 멀티코팅, 광변색 코팅, 셀프힐링 코팅, 수막 코팅, 초발수 코팅 등의 다른 코팅을 추가로 형성할 수 있다. 하드코팅은, 예를 들면, 에폭시기, 알콕시기, 비닐기 등의 관능기를 가지는 적어도 하나의 실란화합물과 산화규산, 산화티탄, 산화안티몬, 산화주석, 산화텅스텐, 산화알루미늄 등의 적어도 하나 이상의 금속산화물 콜로이드를 주성분으로 하는 코팅조성물을 함침 혹은 스핀코팅법으로 광학렌즈 표면에 두께 0.5~10㎛로 코팅한 후, 가열 또는 자외선 경화하여 코팅막을 완성할 수 있다. 멀티코팅, 즉 반사방지코팅은, 예를 들면, 산화규소, 불화마그네슘, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화티탄늄, 산화탄탈, 산화이트륨 등의 금속산화물을 진공증착 또는 스퍼트링하는 방법에 의하여 형성할 수 있다. 또, 필요에 따라 수막 코팅 또는 초발수 코팅 등을 더 실시할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 기능성 코팅층이 광변색 코팅층인 경우 그 위에 하드 코팅과 멀티코팅을 순차적으로 형성한 후, 그 위에 수막 코팅을 실시한다. 다른 실시예에서는, 기능성 코팅층이 광변색 코팅층인 경우 그 위에 하드 코팅을 한 후 셀프힐링 코팅과 멀티코팅을 순차적으로 형성하고, 그 위에 초발수 코팅을 한다. 또 다른 실시예에서는, 기능성 코팅층이 셀프힐링 코팅층인 경우 그 위에 하드코팅층과 멀티코팅, 초발수코팅을 순차적으로 실시한다.

본 발명에 따라 얻어진, 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈는 안경렌즈를 특히 포함하며, 구체적으로 광변색렌즈, 시력 교정용 안경렌즈, 선글라스, 스포츠고글, 산업용 보호안경 등을 포함한다. 이밖에도 본 발명의 광학렌즈는 카메라 광학렌즈, 프리즘 렌즈, LED 렌즈, 자동차 헤드라이트 등을 포함한다.

Claims

기재필름 위에 기능성 코팅물질을 인쇄 또는 코팅하여 기능성 코팅층을 형성하는 단계;
상기 기능성 코팅층을 건조 또는 경화시키는 단계; 및
상기 건조 또는 경화된 기능성 코팅층을 상기 기재필름으로부터 광학렌즈로 전사시키는 단계를 포함하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 건조 또는 경화시키는 단계는 기능성 코팅층을 흐르지 않을 정도로 건조시키거나 또는 반경화시키는 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 전사시키는 단계는 상기 기능성 코팅층을 광학렌즈 위에 대고 압력을 가하거나 또는 압력과 열을 가하여 전사시키는 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 전사시키는 단계에 이어, 광학렌즈로 전사된 기능성 코팅층을 열 또는 UV로 경화시키는 단계를 더 포함하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 건조 또는 경화시키는 단계에 이어, 건조 또는 경화된 기능성 코팅층 위에 접착제층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 전사필름은 기재필름과 그 위에 형성된 이형층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 전사된 기능성 코팅층을 경화시킨 다음, 그 위에 하드코팅, 멀티코팅, 광변색 코팅, 셀프힐링 코팅, 수막 코팅, 초발수 코팅 중 어느 하나 이상의 코팅을 실시하는 단계를 더 포함하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기능성 코팅층은 광변색 코팅층, 셀프힐링 코팅층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기능성 코팅층은 광변색 코팅층이며, 광변색화합물과 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 바인더는 아크릴계, 아릴계, 우레탄계, 티오우레탄계, 에폭시계, 티오술피드계 및 EVA계의 모노머, 올리고머, 고분자 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 아크릴계는 아래 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
[화학식 1]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6 = H 또는 CH3; X = C1 내지 C4의 직쇄형 알킬, C(CH3)2, C(CH3)(C6H5), C(CH3)2-C6H4-C(CH3)2; m+n=2~5)
[화학식 2]

(R1, R2, R3, R4, R5, R6 = H, CH3; m = 0~5, n = 0~5, m+n = 0~6; y = 0~5, z = 0~5, y+z = 1~6; X = C1~C16의 지방족잔기, 한 개 이상의 히드록시기를 포함한 C1~C16의 지방족잔기, 질소원자 또는 산소원자가 한 개 이상 포함한 C1~C16의 지방족잔기, 한 개 이상의 히드록시기와 질소원자 또는 산소원자가 한 개 이상 포함한 C1~C16의 지방족잔기, 지환족잔기, 산소원자가 한 개 이상 포함한 헤테로 지환족잔기)
제8항에 있어서, 상기 광학렌즈는 티오우레탄계 광학렌즈, 아크릴계 광학렌즈, 티오에폭시계 광학렌즈, 디알릴프탈레이트계 광학렌즈, 디아릴카르보네이트계 광학렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 광학렌즈에 기능성 코팅층을 형성하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법으로 얻어진, 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈.
제13항에 있어서, 상기 광학렌즈는 광변색렌즈, 시력 교정용 안경렌즈, 선글라스, 스포츠고글, 산업용 보호안경, 카메라 광학렌즈, 프리즘 렌즈, LED 렌즈, 자동차 헤드라이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 기능성 코팅층이 형성된 광학렌즈.