KR20180066218A - 선택적인 투과율 및 반사율을 갖는 광학 필터 - Google Patents
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- G02C7/10—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses
- G02C7/107—Interference colour filters
Abstract
본 발명은 광의 타겟 파장들의 선택적인 투과율 및 조정가능하고, 차별적인 전방 및 후방 표면 반사율을 제공하는 광학 필름에 관한 것이다.
Description
[0001] 본 출원서는 Optical Filter with selective transmittance and Reflectance란 제목의 2015년 10월 13일자로 출원된 미국 가출원 일련 번호 62/241,030에 대한 이익 및 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 발명은 광학 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 투과율 및 튜닝 가능한 차동 전면 및 후면 반사율을 갖는 광학 필터,이를 사용하는 광학 제품 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
[0003] 당 업계에서는, ANSI 표준 하에서 280 nm 내지 380 nm 및 다른 AUS / NZ 표준 하에서 400 nm 사이의 광의 자외선 (UV)이 인간의 눈에 해로 우며, 최근에는 400nm에서 500nm까지의 파장을 갖는 고 에너지 가시 광선 인 HEV가 안구 건강 및 기타 살아있는 조직에 잠재적 위협을 가하는 것으로 밝혀지기 시작했습니다. 이 위험은 HEV 스펙트럼의 가장 높은 에너지 또는 가장 낮은 파장에서 발생합니다. 이 가벼운 범위는 또한 일주기 리듬의 조절과 같은 다른 유익한 생물학적 요인에 기인합니다. 따라서, 눈에 입사하는 이러한 고 에너지, UV 및 HEV 파장을 선택적으로 감소 및 / 또는 제어하기위한 응용이 개발되고있다. 눈에 입사하는 UV 및 HEV 파장을 줄이기위한 한 가지 방법은 안경 류 내부 또는 외부에 광학 필터를 사용하는 것입니다.
[0004] 이러한 필터는 물리적 기상 증착, PVD, 기술을 포함하는 다양한 방법으로 생성 될 수있다. AR (Anti Reflection)이라고하는 렌즈 표면의 반사를 줄이고 제어하는 코팅이 일반적으로 사용됩니다. AR 코팅의 예는 Nelson의 미국 특허 제 6,165,598 호; Blunckenhagen의 8,425,035; 8,007,901 to Beinat; 및 Yip에 대한 6,768,581 호에 개시되어있다. AR 코팅의 예는 Nelson의 미국 특허 제 6,165,598 호; Blunckenhagen의 8,425,035; 8,007,901 to Beinat; 및 Yip에 대한 6,768,581 호에 개시되어있다.
[0005] AR 코팅의 형성에있어 공통적 인 고려 사항은 1) 가시 스펙트럼을 통해 높은 투과율을 달성하는 것, 380 내지 780 ㎚; 2) 중립적이거나 호소력있는 반사 된 색을 얻는 것; 3) 오프 앵글 컬러의 제어; 및 4) 개선 된 세정 가능성을 위해 코팅 내에 또는 코팅 상에 층을 제공하는 단계; 소수성 또는 소유 성을 나타낸다.
[0006] 일반적으로, AR 코팅은 적어도 2 가지 재료의 교번 층을 사용한다. 재료는 하나의 재료가 1.6 미만의 굴절률을 갖도록 선택된다. 다른 재료는 1.6보다 큰 굴절률, 예를 들면, SiO2를 갖는다. 이산화 티타늄, TiO2 또는 이산화 지르코늄, ZrO2. 2 종 이상의 상이한 재료가 또한 코팅의 원하는 특성을 달성하기 위해 사용될 수있다. 또한, 인듐 주석 산화물과 같은 전도성 층이 사용될 수있다 미국 특허 제 6,852,406 호 (Marechal)는 미국 특허 제 6,852,406 호 (전체가 본원에 인용 됨), 또는 얇은 금속층, 예컨대 0.2nm의 Au를 포함한다. Beinat의 미국 특허 제 8,007,901 호는 코팅에 대전 방지 성질을 부여하기위한 것이다. 이러한 경우에, 도전 층은 요구되는 대전 방지 특성을 유지하면서 투과율이 최대가되도록 선택된다. 즉, 층에 의한 광의 흡수는 가시적 인, 예를 들어 1 % 미만의 5 % 미만으로 최소화된다.
[0007] 광학 필터 시스템에서, 빛은 투과 (T), 반사 (R) 또는 흡수 (A)된다. 총 입사 광 강도가 Io이면 :
[0008] 또한, 매 클레오 드 (Macleod)에 기술 된 바와 같이, 투과율은 불변하며, 즉 일정하게 유지되며, 렌즈의 어느면이보고 있는지에 의존하지 않는다. 기재에 흡수가 없다. 광학 렌즈 재료의 경우, 상기 관계는 렌즈의 정면 및 렌즈의 후면으로부터의 반사가 동일해야하는 상황을 생성한다. 상기 인용 된 특허는 투명한 유전체 재료로 구성되기 때문에 스펙트럼의 가시적 인 부분에 감지 할 수있는 흡수를 포함하지 않는다. 따라서 반사는 렌즈의 양쪽에서 볼 때 동일하며 기재의 영향을 무시한다.
[0009] 이것은 스펙트럼의 HEV 부분을 차단하기위한 광학 필터의 설계에 대한 과제를 제기한다. 이러한 파장을 차단하는 가장 일반적인 방법은 특정 파장 이하에서 높은 반사도와이 파장보다 낮은 반사율을 갖는 에지 필터를 사용하는 것이다. 그러나, 높은 전면 반사를 달성하는 것은 필연적으로 렌즈의 전면에만 적용 된 코팅으로부터 높은 후면 반사를 가져온다. 따라서 HEV 파장은 뒷면에서 눈에 반사됩니다. 특정 응용 프로그램에서는이 문제가 더 심각해질 수 있다. 예를 들어 현대 HID 전조등의 청색 방출 강도는 다가오는 차량의 운전자에게 매우 혼란 스러울 수 있습니다. HID 전조등의 푸른 빛은 표면에 흩어져 눈부심을 일으킨다. 이 문제는 운전자의 나이가 더 심해집니다. 안경테에 "가장자리"광학 필터를 사용하면 렌즈 전면에서 파란색 빛을 반사시켜이 문제를 줄일 수 있습니다. 그러나 운전자 뒤의 자동차에서 나오는 빛은 눈에 반사됩니다. 이는 특히 대부분의 광학 렌즈 재료가 청색광을 우선적으로 감쇠시키지 않기 때문에 엣지 필터가 렌즈 전면에만 적용 되더라도 사실입니다. 이 효과는 운전자에게 매우 혼란 스러울 수 있으며 심지어 지나가는 자동차로 인해 운전자를 잠시 눈 멀게 할 수도 있다.
[0010] 미국 특허. Cado의 미국 특허 제 8,870,374 호 (전체 내용은 본 명세서에 포함됨)는 각각의 UV 스펙트럼이 상이한 렌즈의 전방 및 후방 반사를 제공함으로써 UV 광의 환경에서이 문제를 해결하고자한다. 이 접근법은 사용 된 렌즈 재료에 내재 된 자외선 흡수 및 렌즈의 전방 및 후방에 상이한 AR 코팅의 적용에 기초한다. 특히, 착용자의 눈으로의 반사를 방지하기 위해 낮은 UV 반사 AR이 렌즈의 뒤쪽에 적용됩니다. 전면 AR은 독립적으로 설계 될 수 있으며 렌즈 재질에 의해 UV 차단이 제공됩니다. 따라서, 효과적인 UV 차단을 달성하는 능력은 기재 또는 렌즈가 효율적인 차단 특성을 제공 할 것을 요구한다. 또한, Cado에 표시된 디자인은 기재의 흡수를 무시하고 각 코팅의 AR 코팅의 전면과 후면에서 대칭 반사를 갖는다.
[0011] Apfel의 미국 특허 제 3,679,291 호에는 흡수 층을 사용하여 표면으로부터의 후면 반사 및 전면 반사에 독립적으로 영향을 미치는 코팅이 기재되어있다. 이 문맥에서 "정면"은 광학 코팅을 포함하는 렌즈의 측면을 말하며, 즉 코팅의 한면은 공기이고 코팅의 다른면은 기재 또는 렌즈에 인접하고, 뒷면은 광학 코팅에 대향하는면이다. 그러나이 디자인은 전방 및 후방 반사의 큰 차이를 보여 주지만 60 % 미만의 매우 바람직하지 않은 투과율을 보입니다. 또한, Apfel의 디자인은 가시 스펙트럼 전반에 걸친 광범위한 전송으로 제한됩니다. 미국 특허. 그러나, Dobrowolski의 미국 특허 제 5,521,759 호는 노치 투과 필터에서 측 대역 억제의 특정 목적을 갖는 필터 설계에서 흡수층을 사용하는 것을 기술하지만, 또한 투과율 유지에 대한 특별한 관심없이 설명된다.
[0012] 따라서, 렌즈 재료에 존재할 수있는 임의의 흡수와는 무관하게, 렌즈의 전면 및 후면으로부터 원하는 파장의 광의 반사를 독립적으로 제어하는 대안적인 필터 설계 및 시스템이 당 분야에서 필요하다 이는 앞면 및 뒷면 코팅의 적용을 필요로하지 않으므로 생산하기에 더 경제적입니다. 또한, 눈으로의 후방 반사를 증가시키지 않고 무색 성과 같은 다른 광학 및 미적 효과를위한 대체 필터 설계에 대한 현장에서의 필요성이 존재한다.
[0013] 본 발명은 필터 또는 광학 제품의 전방 및 후방 표면으로부터의 원하는 파장의 반사를 독립적으로 제어하는 광학 필터, 필터 설계 및 광학 물품 및 시스템을 제공하며, 광학 용품상의 전방 측 및 후방측 코팅의 적용을 필요로하지 않으며, 따라서 생산하기에보다 경제적인 광학 용품의 기재를 제공한다. 이러한 목적들은 부분적으로는 광학 필터를 제공함으로써 달성되며, 이 광학 필터는: 상이한 굴절률들(refractive indices)을 가지는 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들; 50 nm 미만의 두께를 가지는 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층; 및 70% 초과의 광학 필터의 투과 백분율(percent transmission)를 포함한다. 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들은 1.6 이하의 굴절률을 가지는 재료를 포함한다. 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들은 1.6 초과의 굴절률을 가지는 재료를 포함한다. 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 전도성 재료를 포함한다. 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 금, 질화 티타늄, 및/또는 질화 지르코늄을 포함한다. 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 상이한 굴절률들을 가지는 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 중 2개의 층들 사이에 직접적으로 개재된다(interposed). 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 중 하나의 층 내에 직접적으로 개재된다. 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 광학 필터의 전방 측을 향하여 상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 내에 포지셔닝된다. 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 광학 필터의 후방측을 향하여 상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 내에 포지셔닝된다.
[0014] 이러한 목적들은 부분적으로는 안구용 렌즈(ophthalmic lens)를 제공함으로써 추가적으로 달성되며, 이 안구용 렌즈는 렌즈 기재(lens substrate); 및 렌즈 기재의 전방 표면 및 상기 전방 표면에 부착되는 후방 표면을 가지는 광학 필터를 포함하며, 광학 필터의 후방 표면으로부터의 반사율 백분율(percent reflectance)보다 50% 더 큰 안구용 렌즈의 전방 표면으로부터의 반사율 백분율을 포함한다. 여기서, 렌즈 기재는 열가소성 플라스틱이다. 렌즈 기재는 경화가능한 액체 단량체 혼합물 또는 경화가능한 우레탄계 프리폴리머(prepolymer) 조성물이다. 안구용 물품(ophthalmic article)은 기능성 라미네이트를 추가로 포함한다. 광학 필터는 상이한 굴절률들을 가지는 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들; 및 50 nm 미만의 두께를 가지는 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 포함한다. 광학 필터는 금, 질화 티타늄, 및/또는 질화 지르코늄의 적어도 하나의 층을 포함한다.
[0015] 이러한 목적들은 부분적으로, 광학 물품을 형성하기 위한 방법을 제공함으로써 추가적으로 달성되며, 이 방법은: 광학 기재를 획득하는 단계; 광학 기재의 표면 상에 1.6 초과의 굴절률을 가지는 투명 유전체 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계; 광학 기재의 표면 상에 1.6 이하의 굴절률을 가지는 투명 유전체 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계; 광학 기재의 표면 상에 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계; 및 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계를 통해 상기 광학 물품의 전방 표면의 후방측으로부터의 반사율 백분율보다 50% 더 큰 상기 광학 물품의 전방 표면으로부터의 반사율 백분율을 부여하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 금속성 흡수 재료를 적용하는 단계는 50 nm 미만의 두께를 가지는 하나의 층을 적용하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 층의 금속성 흡수 재료를 적용하는 단계는 전도성 재료를 적용하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 층의 금속성 흡수 재료를 적용하는 단계는 금, 질화 티타늄, 및/또는 질화 지르코늄을 적용하는 단계를 포함한다. 광학 기판을 획득하는 단계는 열가소성 안구용 렌즈를 획득하는 단계를 포함한다.
[0016] 본 발명의 실시예들이 가능할 수 있는 이들 및 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 본 발명의 실시예들의 다음의 설명으로부터 명백해지고 설명될 것이며, 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
[0017] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 물품의 부분 횡단면도이다.
[0018] 도 2는 텅스텐 및 금을 위한 n 및 k 값들을 비교하는 그래프이다.
[0019] 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 부분 횡단면도이다.
[0020] 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 부분 횡단면도이다.
[0021] 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 부분 횡단면도이다.
[0022] 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0023] 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0024] 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0025] 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0026] 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0027] 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0028] 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0029] 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0030] 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0031] 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0032] 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0033] 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0034] 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0035] 도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0036] 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0037] 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0038] 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0039] 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0040] 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0041] 도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0042] 도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0043] 도 9f는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0044] 도 9g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0045] 도 9h는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 광학 필터들의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0046] 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0047] 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0048] 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0049] 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0050] 도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0051] 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0052] 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0053] 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0017] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 물품의 부분 횡단면도이다.
[0018] 도 2는 텅스텐 및 금을 위한 n 및 k 값들을 비교하는 그래프이다.
[0019] 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 부분 횡단면도이다.
[0020] 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 부분 횡단면도이다.
[0021] 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 부분 횡단면도이다.
[0022] 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0023] 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0024] 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0025] 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0026] 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0027] 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0028] 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0029] 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0030] 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0031] 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0032] 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0033] 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0034] 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0035] 도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0036] 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0037] 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0038] 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0039] 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0040] 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0041] 도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0042] 도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0043] 도 9f는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0044] 도 9g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0045] 도 9h는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 광학 필터들의 투과율, 전방 측 반사율, 및 후방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0046] 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0047] 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0048] 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0049] 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0050] 도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 구성을 도시하는 표이다.
[0051] 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 투과율을 도시하는 그래프이다.
[0052] 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0053] 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 전방 측 반사율을 도시하는 그래프이다.
[0054] 본 발명의 특정 실시예들은 첨부 도면들을 참조로 하여 이제 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은, 많은 상이한 형태들로 구체화될 수 있으며, 본원에서 설명되는 실시예들로 제한되는 것으로 이해되어서는 않되며; 오히려, 이들 실시예들은 본 개시물이 완전히 완벽해지고 당업자에게 본 발명의 범주를 완전히 전달하도록 제공된다. 첨부 도면들에서 예시되는 실시예들의 상세한 설명에서 사용되는 전문용어는 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 도면들에서, 동일한 수들이 동일한 요소들을 지칭한다.
[0055] 대체로, 본 발명은 코팅 설계들, 예컨대 증기 증착 코팅들에 관한 것이며, 이 코팅은 광학 ?터를 형성하는 코팅 또는 코팅 스택 내에 하나 또는 그 초과의 흡수 층들의 함유를 통해 제어된 흡수를 제공함으로써, 광학 필터의 투과율 그리고 전방 및 후방 측 반사율에 대한 개선된 제어를 제공한다. 본 발명은 수 개의 이점들을 제공한다: (1) 파장 차단은 반사 및 흡수의 조합에 의해 달성될 수 있으며; (2) 코팅으로부터 전방 및 후방측 반사율들은 독립적으로 영향을 받을 수 있으며; (3) 색상 외형은 새로운 미러들 또는 틴트들을 생성하기 위해 조작될 수 있으며; 그리고 (4) 보강된 베이어(bayer) 또는 환경 성능은 교번적인 재료들의 사용을 통해 제공될 수 있다.
[0056] 전방 및 후방측 코팅 반사의 개념은 도 1에서 도시된다. 특정 실시예들에서, 발명의 코팅(12)은 광학 기재(14)의 일 측면에 적용된다. 코팅(12)의 전방 측(8)은 기재(14)의 반대편에 있는 측이다. 코팅(12)의 후방측(6)은 기재(14)에 접촉하는 측이다. 코팅(12)의 전방 측(8)은, 반드시 필요하지는 않지만, 광학 물품(10)의 전방 측(4)과 상관할 수 있다. 광학 물품(10)의 전방 상에 광 입사(I-Front)는 반사될 수 있고, 전방 측 반사(R-Front)로서 지칭된다. 코팅(12)의 후방측(6) 상의 광 입사(I-Back)는 또한 반사될 수 있고, 후방측 코팅 반사(R-Back)로서 지칭된다. 후방측 코팅 반사(R-Back)가 기재(14)의 후방측(2)에서 유래하지 않지만, 대신에 코팅(12) 및 기재(14)의 후방측(6)의 인터페이스에서 유래하는 것을 주목하는 것이 중요하다.
[0057] 흡수 층들을 갖는 필터 설계의 소정의 잠재적인 성능 특성들은 “잠재 투과율”은 MacLeod에 의해 설명되는 바와 같이, “잠재 투과율”의 개념을 통해 이해될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 광은 전달되고(T), 반사되고(R), 또는 흡수되어야(A) 한다. 필터 코팅의 목적은 종종, 투과율을 최대화하기 위해 반사에 대해 최소를 성취하는 것이다. 하나의 필터 코팅이 주어진 투과 및 반사를 갖는 기존의 광학 필터를 가진다면, 필터의 전방 및/또는 후방에 층들을 부가함으로써 가능하게는 얻어질 수 있는 최대 투과는 다음과 같이 주어진 잠재 투과율(ψ)이다:
[0058] 따라서, 잠재 투과율은, 반사율이 제거된다면 스택에 존재하는 흡수량에 의해 궁극적으로 제한된다. 흡수는 광학 스택에 포함되는 흡수 층의 굴절률에 부분적으로 의존한다. 예를 들어, 유리 상의 텅스텐의 10nm 두께의 층은 500 내지 800nm으로부터 43%의 평균 잠재 투과율을 가질 것이다. 이에 반해, 금의 10nm의 층은 500 내지 800nm의 동일한 범위에 대해 90%의 평균 잠재 투과율을 가질 것이다. 이러한 값들은 필터의 통과 밴드 구역을 고려하여 중요하다.
[0059] 선글라스에서 사용될 수 있는 것과 유사한, 광대역 가시 필터를 위해, 가시 스펙트럼(380 내지 780nm)에 대해 8%의 최소 잠재 투과율이 범용 선글라스를 위한 규정 제한들에 의해 지시될 것이다. 이러한 광대역 필터를 위한 상부 잠재 투과율 제한은 선 웨어를 위한 광 틸팅의 시작을 규정하는 80%미만일 것이다. 선 웨어를 위해 대부분 일반적인 50%미만의 잠재 투과 레벨들은 대부분 일반적이고 바람직하다. 이는, 따라서, 광대역 선 웨어 적용을 위해 흡수의 범위를 20 내지 92%이도록 규정하며, 렌즈의 후방으로부터의 반사를 의미하는 것은 투과를 최대화하는 0이거나 0에 가깝다. 전방 반사는 실질적으로 더 높고 그리고 공칭적으로 20 내지 80%의 범위에 있을 것이다.
[0060] 특정 스펙트럼 구역들을 차단하기 위해, 에지 필터들을 생성하는 것은 보다 중요하다. 금과 같은 재료는, HEV 구역의 부분들에서 낮은 잠재 투과율, 예를 들어 400 내지 450nm(두께 10nm의 경우 62%, 두께 15nm의 경우 53%)를 가지면서, 500 내지 800nm로부터 높은 최대 잠재 투과율(10nm 두께의 경우 90% 초과, 15nm 두께의 경우 86%)을 가질 수 있다. 잠재 투과율의 이러한 차이는 통과 대역(예를 들어, 500 내지 800nm로부터 80% 초과 그리고 바람직하게는, 500 내지 800nm로부터 90% 초과)에서 높은 투과율을 갖는 필터들을 생성하는 것을 용이하게 한다. 동시에, 필터는 전방 필터 반사를 70%보다 더 큰 그리고 바람직하게는 80%보다 더 크게 유지하면서, 20%보다 더 낮게, 그리고 바람직하게는 10%보다 더 낮게 필터의 후방으로부터의 반사를 갖는 정지 대역 구역(stop band region)을 가질 것이다. 이는 광학 필터에서 흡수가 존재하기 때문에 가능하다. 설계는 광이 필터에 진입하는 방향에 따라(전방 또는 후방으로부터) 흡수 및 이에 따라 반사에서 비대칭을 생성한다.
[0061] 본 발명에서 활용되는 흡수 재료들은 2개의 범주들로 대략적으로 분류될 수 있다: (1) 자유 캐리어들이 흡수를 생성할 수 있는 전도체들, 예컨대 금속 및 투명 전도성 산화물들, TCO, 및 (2) 대역 에지 흡수제들(band edge absorbers), 예컨대 반도체들 또는 이산화티타늄(TiO2)과 같은 저대역-갭 절연체들. UV 및 가시 파장들에 대해, 금속들은 대략적으로, 2개의 범주들로 분류될 수 있다: (1) 낮은 "n", 굴절률 및 높은 "k” 흡수율을 갖는 것들; 그리고 (2) 비교가능한 n 및 k 값들을 갖는 것들. 도 2는 2개의 별개의 n 및 k 프로파일들을 나타내는 텅스텐(W) 및 골드(Au), 재료들에 대한 n 및 k 값들을 비교하는 그래프를 도시한다.
[0062] 이러한 분류의 중요성은, 높은 k/n 비율을 갖는 동일한 두께의 금속 필름들이 낮은 k/n 비율을 갖는 금속들에 대한 매우 더 높은 잠재 투과율을 가질 것이다. 따라서, 소정의 실시예들에서, 주어진 스펙트럼 범위에 걸쳐 높은 투과율을 가지고 그 후 이러한 범위 이외에서는 더 낮은 투과율을 가질 수 있는 필터들 및 필터 설계들이 제공된다. 특정 실시들예에서, 본 발명에 따른 코팅들은 코팅 시스템 내에 선택적으로 위치되고 형성될 때, 바람직한 투과율 및 낮은 반사율을 갖는 필터들의 생성을 허용하는 흡수재들 또는 흡수 층들을 활용한다. 또한, 본 발명의 소정의 실시예들은 렌즈의 일측 (즉, 전방 및 후방 반사율이 상이하게 될 수 있음) 및/또는 전방 및 후방 측에 반사율의 생성에 대한 이러한 효과의 격리 또는 강화를 제공한다 광학 용품 또는 렌즈
[0063] 특정 실시예들에서, 본 발명의 설계 접근법은 부분적으로 흡수재의 선택에 의존한다. 예를 들어, 높은 k/n 비율을 갖는 금속들, 예컨대 알루미늄, 은, 금은 높은 잠재 투과율을 허용하는 반면, 더 낮은 k/n 비율의 재료는 낮은 잠재 투과율을 허용하지만 외형은 보다 중립적이다(neutral).
[0064] 소정의 실시예들에서, 선택 대역, 즉 차단 또는 거절 대역에서 낮은 투과율을 유지하면서, 전방 및 후방 반사 양자 모두를 감소시키기 위해, 흡수 층이 코팅 적층체 내로 포함된다. 예를 들어, HEV 파장들을 흡수함으로써, 반사된 색, 통상적으로 HEV 차단을 위한 보라색은 바람직한 보호를 유지하면서, 심미적으로 더 매력적이도록 변경된다.
[0065] 소정의 실시예들에서, 예컨대, HEV 파장들을 필터링하기 위한 선택적인 차단 필터들이 제공되며, 이러한 차단 필터들에서, 흡수재는 전방 표면으로부터의 컷오프(cutoff) 파장 미만으로 높은 반사율, 렌즈의 눈 측으로부터의 컷오프 파장, 및 가시 파장들을 통해 높은 투과율을 달성하기 위해, 코팅 적층체 내로 포함된다.
[0066] 본 발명의 소정의 실시예들에서, 필터는 부분적으로, 이산화규소, 규소 산화질소, 산화 알루미늄, 이산화티타늄, 오산화 탄탈륨, 및 이산화 지르코늄을 포함하는 재료들로부터 선택되는(제한되지는 않음) 하나 또는 그 초과 재료들의 교번 층들 내에 개재되는 하나 또는 그 초과 층들의 흡수 재료로 부분적으로 형성된다. 소정의 실시예들에서, 흡수 재료의 층은 높은 굴절률 재료의 하나의 층 및 낮은 굴절률 재료의 하나의 층 사이에 직접적으로 개재된다. 소정의 다른 실시예들에서, 흡수 재료의 층은 높은 또는 낮은 굴절률 재료의 단일의, 인접한 층 내에 직접적으로 개재된다.
[0067] 본 발명의 소정의 실시예들에서, 광학 필터들 및 광학 필터들로 형성된 광학 물품들이 제공되며, 상기 광학 물품들은 (1) 70%보다 더 큰 대략 500 내지 800nm의 범위에서, 예를 들어 70% 내지 99%, 80 내지 88%, 90 내지 99%의 범위에서 파장들을 갖는 광에 대한 평균 투과를 가지며; (2) 40% 미만, 30% 미만, 10% 미만 또는 2% 미만의 400 내지 450nm의 범위에서의, 또는 5 내지 65%의 범위에서의 파장들을 갖는 광에 대한 필터를 형성하는 코팅의 후방측 반사율을 가지며; (3) 대략 50 내지 90% 또는 75 내지 90% 범위의 400 내지 450nm의 범위의 파장들을 갖는 광에 대한 정면 측 반사율을 가진다.
[0068] 본 발명의 소정의 실시예들에서, 광학 필터들 및 광학 필터들로 형성되는 광학 물품들이 제공되며, 이 광학 물품들은 코팅의 후방측 반사율과 50% 초과 또는 대략적으로 30 내지 85%의 범위의 코팅을 활용하는 코팅 및/또는 광학 물품의 전방 측 반사율 사이의 차이를 가진다.
[0069] 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 소정의 실시예들에 따라, 렌즈 또는 광학 물품(10)은 코팅(12)을 가지며, 즉 광학 필터 적층체를 갖는다. 명확함을 위해, 본원에서 개시된 코팅들 또는 적층체들은 아래에서 설명될 것이다. 다시 말해, 코팅 또는 적층체를 형성하는 다양한 층들은 광학 기재에 직접 적용되는 적층체의 제1 또는 저부 층으로부터 시작하고 그리고 적층체의 각각 후속 층이 적용되는 경우, 순차적으로 진행하는 것으로 설명될 것이다. 이러한 방식으로, 코팅 또는 적층체의 "최상부 층"은 코팅 프로세스 동안 적용되는 관련 코팅 또는 적층체의 최종 층이다.
[0070] 도 3a에 도시된 실시예에서, 제1 높은 굴절률 층(16)은 광학 기재(14)의 최상부 상에 직접 적용된다. 금속성 흡수 층(20)은 제1 높은 굴절률 층(16)의 최상부 상에 직접 적용된다. 제1 낮은 굴절률 층(18)은 흡수 층(20)의 최상부 상에 직접 적용된다. 제2 높은 굴절률 층(16)은 제1 낮은 굴절률 층(18)의 최상부 상에 직접 적용되며, 그리고 제2 낮은 굴절률 층(18)은 제2 높은 굴절률 층(16)의 최상부 상에 직접 적용된다. 높은 굴절률 재료 및 낮은 굴절률 재료의 부가적인 교번 층들(22)은 타겟 광학 특성들을 얻기 위해 요망되거나 요구되는 바와 같이 그 내부에 적용된다.
[0071] 도 3b에 도시된 실시예에서, 높은 굴절률 재료 및 낮은 굴절률 재료의 교번 층들(22)은 광학 기재(14)의 최상부 상에 직접 적용된다. 금속성 흡수 층(20)은 교번 층들(22)의 최상부 상에 직접 적용된다. 높은 굴절률 층(16)은 금속성 흡수 층(20)의 최상부 상에 직접 적용되며, 그리고 낮은 굴절률 층(18)은 높은 굴절률 층(16)의 최상부 상에 직접 적용된다. 도 1에 도시된 실시예와 비교하여, 도 2에서 도시된 코팅(12)은 코팅의 최상부에 더 가깝게, 즉 코팅(12)의 전방 표면 또는 전방 측을 향하여 금속성 흡수 층(20)을 활용한다.
[0072] 도 3c에 도시된 실시예에서, 금속성 흡수 층(20)은 광학 기재(14)의 최상부 상에 직접 적용되는 제1 높은 굴절률 층(16) 내에 직접 적용된다. 제1 낮은 굴절률 층(18)은 제1 높은 굴절률 층(16)의 최상부에 직접 적용된다. 제2 높은 굴절률 층(16)은 제1 낮은 굴절률 층(18)의 최상부에 직접 적용되며, 그리고 높은 굴절률 재료 및 낮은 굴절률 재료의 부가적인 교번 층들(22)이 타겟 광학 특성들을 얻기 위해 요망되거나 요구되는 바와 같이 그 내부에 적용된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 금속성 흡수 층(20)은 달리 단일의 인접한 높은 굴절률 층(16) 내에 직접 개재된다.
[0073] 예로써, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 실시예들에서, 금속성 흡수 층(20)은, 예를 들어, 금, 텅스텐, 니켈 또는 지르코늄으로 형성되고, 2 내지 20 나노미터, 예를 들어 4 또는 15 나노미터의 두께를 갖는다. 두께는 사용되는 흡수 금속 및 필터 코팅으로부터의 바람직한 스펙트럼에 의존한다. 높은 굴절률 층(16)은, 예를 들어, 이산화 지르코늄으로 형성되고, 코팅(12) 내의 층(16)의 위치에 따라, 대략적으로 5 내지 15 나노미터, 예를 들어 13 나노미터 또는 대략적으로 100 내지 150 나노미터, 예를 들어, 121.5 나노미터의 두께를 가진다. 낮은 굴절률 층(18)은, 예를 들어, 이산화규소로 형성되고, 또한 코팅(12) 내의 층(18)의 위치에 따라, 대략적으로 20 내지 40 나노미터, 예를 들어 30.2 나노미터 또는 대략적으로 100 내지 150 나노미터, 예를 들어, 121.5 나노미터의 두께를 가진다.
[0074] 본 발명의 소정의 실시예들에서, 본 발명의 코팅은 광학 기재(14)의 표면에 직접 적용되는 접착제 층을 활용하지만, 반드시 활용할 필요는 없다. 접착제 층은, 예를 들어, 산화 규소(SiOx(여기서, x는 2이하임)); 지르코늄; 및/또는 산화 지르코늄(ZrOx (여기서, x는 2 이하임))으로 형성되고, 예를 들어, 대략적으로 1 나노미터 이하의 두께를 갖는다.
[0075] 전술한 코팅 적층체들(12)이 본 발명에 따른 코팅들의 단지 예들인 것 그리고 층들의 수, 상이한 층들의 개별 두께, 및 상이한 층들이 형성되는 다양한 재료들에서의 변경들이 고려되고 본 발명의 범위 내에서 있는 것이 인지될 것이다. 게다가, 렌즈(10)는 코팅(12)의 최상부에 걸쳐 또는 최상부 상에 적용되는 부가적인 기능적 코팅들 및 처리들, 예를 들어, 쉬운 세척 및/또는 소수성 코팅들을 추가적으로 활용할 수 있다.
[0076] 소정의 실시예들에서, 별도의 소수성 또는 안티-파울링(anti-fouling) 층 또는 코팅이 낮은, 중간, 그리고 높은 굴절률 재료의 전술된 교번 층들의 최상부 상에 적용될 수 있다. 이러한 소수성 또는 안티-파울링 층 또는 코팅은 안구용 렌즈의 더 용이한 세척 및 유지보수를 제공한다. 스퍼터(sputter) 적용된 필름들을 위해, 소수성 또는 안티-파울링 층 또는 코팅은 전형적으로 코팅 상에 낮은 표면 에너지를 달성하는, 즉 100도보다 더 큰 물 접촉 각도를 달성하는 딥 프로세스(dip process)에 의해 적용된다. 이러한 소수성 또는 안티-파울링 층들 또는 코팅들은 대략적으로 5 내지 10 나노미터 범위의 두께를 갖는다.
[0077] 본 발명에 따른 코팅 방법의 일 실시예에서, 플라스틱 렌즈는, 작은 약제 프로세싱 실험실(prescription processing lab)에서의 사용을 위해 적합한 작은 점유 공간으로 설계된 스퍼터 공구를 사용하여 코팅된다. 프로세싱 랩에서의 사용에 적합한 작은 풋 프린트로 설계된 스퍼터 공구를 사용하여 코팅된다. 이러한 스퍼터 시스템의 양태들은 본원에서 그 전체가 인용에 의해 포함되는 양수인의 미국 공보 번호 2014/0174912에서 상세히 설명된다. 이러한 기계의 상대적으로 작은 점유 공간은 스퍼터 타겟들 또는 재료들의 수를 최대 2로 제한한다. 타겟들은 금속성-유형 재료들로 형성되며, 그리고 산소, 질소 및/또는 아르곤이 낮은 그리고 높은 굴절률 산화물 재료들의 투명 유전체 층들을 형성하기 위해 프로세싱 동안 부가된다. 하나의 타겟은 산소 가스에 노출된 규소 타겟으로부터 이산화규소와 같은 낮은 굴절률 재료를 형성하는 데 사용된다. 다른 하나의 타겟은 산소 가스에 노출된 지르코늄 타겟으로부터 높은 굴절률 재료, 예컨대 이산화 지르코늄을 형성하는 데 사용된다. 시스템에서의 플라즈마 소스는 흡수 무산소 층들의 형성을 보조하기 위해 활성화된 산소 플라즈마를 제공한다.
[0078] 투명 산화물에 대한 타겟 재료로서 Zr 및/또는 Ti의 사용은 산소 대신에 질소를 부가함으로써 ZrN 및/또는 TiN을 대안적으로 형성하는 능력을 제공하기 때문에 유익하다. 이러한 전도성 세라믹은 상당히 낮은 비용으로 Au와 유사한, 바람직한 굴절률 프로파일의 이익을 제공한다.
[0079] 예로서, 스퍼터 프로세스의 시작시에, 코팅될 렌즈가 코팅 챔버 내로 전달된다. 선택된 압력, 전형적으로 5x10-5mbar 미만의 선택된 압력에서, 아르곤 및 산소의 혼합물은 질량 유동 제어기들에 의해 챔버 내로 통과된다. 플라즈마 소스는 렌즈 표면을 처리하여 렌즈에 대한 증착된 필름 재료의 접착력을 증가시키기 위해, 플라즈마를 형성하도록 에너지가 공급된다. 플라즈마 세척 후, 실리콘의 접착 층은 대안적으로, 분당 40 SCCM(standard cubic centimeters per minute)의 아르곤 유동 및 1500 와트의 전력으로 증착될 수 있다. 최소의 산소 혼입으로 실리콘 막의 형성을 가능하게하는 공정에 산소가 첨가되지 않는다. 이 층의 두께는 증착 시간에 의해 설정된다. 전형적으로, 1 나노 미터 미만의 막 두께가 증착된다. 3 나노미터 이상의 층 두께가 증착되면 필름은 정전기 방지 특성을 부여하기에 충분히 전도성이있다. 이 층의 상부에, 낮은 지수 재료 및 높은 지수 재료의 교번 층과 하나 이상의 금속성 흡수 층이 펄스 형 직류 반응성 스퍼터링과 같은 적절한 공정을 사용하여 소정 두께로 증착된다.
[0080] 이러한 재료 층은 렌즈의 불필요한 가열을 야기하지 않으면 서 원하는 사이클 시간을 달성하기에 충분한 전력으로 증착된다. 일반적인 전력 레벨은 직경이 약 6 인치 인 대상의 경우 1458 와트이다. 실리콘 타겟으로부터 실리콘 이산화물 막 형성을 위해, 산소의 16 SCCM이 250 mA 근처의 전압에서 300 mA의 방전 전류를 구동하는 플라즈마 소스에 첨가된다. 아르곤은 10 SCCM의 유량으로 스퍼터 헤드에 공급된다. 그 결과 대부분의 플라스틱 렌즈와 호환되는 공정을 사용하여 고품질의 투명한 이산화 규소 필름을 얻을 수 있습니다. 지르코늄 타겟으로부터의 지르코늄 이산화물 형성을 위해, 20 SCCM의 산소가 250 mA 근처의 전압에서 300 밀리 암페어의 방전 전류를 흘리는 플라즈마 소스에 첨가된다. 아르곤은 20 SCCM의 유량으로 스퍼터 헤드에 공급된다. 결과는 대부분의 플라스틱 렌즈와 호환되는 공정으로 형성된 고품질 투명 지르코늄 이산화물 필름입니다.
[0081] 흡수 층은 여러 가지 방법으로 형성 될 수있다. 증착 프로세스로부터 산소를 제거함으로써, 증착 된 막은 지르코늄 타겟으로부터의 Zr과 같은 관련 금속이된다. 대안 적으로, 질소가 공정에 첨가되어, 예를 들어 ZrN을 형성 할 수있다. 일반적인 전력 레벨은 직경이 약 6 인치 인 대상의 경우 1458 와트입니다. 스퍼터 가스, 가장 일반적으로 Ar은 타겟에 공급되고 타겟 또는 플라즈마 소스를 통해 공급되는 질소가 공급된다. 일반적인 질소 유량은 2-10 SCCM입니다.
[0082] 개별 층 두께는 당업자에게 이해되는 바와 같이 코팅 디자인에 의해 설정된다. 이러한 두께는 원하는 디자인에 따라 달라지며 층의 수는 일반적으로 4에서 7 사이에서 달라질 수 있으며 총 코팅 두께는 200에서 500 나노 미터 사이입니다. 상기 기술 된 공정 조건은 참조 용례만을 제공하며, 사용 된 재료, 바람직한 필름 특성 및 사용 된 코팅기에 따라 달라질 수있다.
[0083] 특정 구체 예에서, 본 발명의 코팅 시스템은 코팅 시스템을 형성하는데 사용되는 증착 조건을 조작함으로써 특정 용도에 맞게 형성되고 최적화된다. 예를 들어, 상이한 타겟 재료 각각의 증착 조건은 생성 된 코팅 시스템의 원하는 반사율, 투과율, 흡광도 및 대전 방지 특성을 달성하도록 변화된다.
[0084] 증착 조건 또는 파라미터는 상이한 스퍼터링 기술 및 기계에 대해 다수이고, 의미있는 증착 파라미터 및 / 또는 수치는 단지 하나의 주어진 증착 시스템 또는 기계에 대해서만 제공 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이에 따라, 임의의 주어진 시스템에 대해, 숙련 된 작업자는 사용되는 증착 기계의 특정 증착 조건의 함수로서 코팅의 원하는 특성의 변화를 결정할 필요가 있음을 인식 할 것이다. 한 머신에서 다음 머신으로 변경 될 수있는 시스템 파라미터는 증착 챔버의 기하학적 구조, 타겟 크기, 타겟에인가 된 파워, 타겟 전압, 기재와 타겟 사이의 거리, 타겟 조성, 가스 유량, 펌핑 속도, 총 압력 등을 포함 할 수있다.
[0085] 특정 양태에서, 본 발명에 따른 코팅은 광학 기질 및 용품, 예를 들어, 안과 용 렌즈, 광학 라미네이트, 창문, 안전 고글, 방패 및 태양 안경에 적용된다. 본 발명의 코팅 시스템은 광학 제품의 전방, 후방 또는 전방 및 후방 표면에 적용된다. 안과 용 렌즈는 예를 들어 완성 된 또는 미완성 렌즈 및 / 또는 단일 또는 다 초점 렌즈 일 수있다. 광학 제품은 예를 들어, 유리, 결정질 석영, 용융 실리카 또는 소다 - 석회 규산염 유리로 형성 될 수있다. 대안적인 실시 양태에서, 광학 제품은 사출 성형에 적합한 열가소성 벌크 재료 또는 수지 또는 경화 가능한 조성물, 예컨대 액체 단량체 혼합물 또는 우레탄 기재 예비 중합체 조성물을 사용하는 조성물로 형성된다. 이러한 재료는 알릴 디 글리콜 카보네이트 단량체 (예 : PPG Industries, Inc.에서 입수 가능한 CR-39 및 SPECTRALITE 및 FINALITE Sola International Inc.), 우레탄계 예비 중합체 조성물 (예 : Trivex, PPG) 및 폴리 카보네이트 (예를 들어, General Electric Co.로부터 입수 가능한 LEXAN).
[0086] 이러한 광학 제품은 투명하거나 활성 또는 정적 착색 기질을 사용할 수있다. 이러한 광학 제품은 코팅, 모놀리식 필름 인서트 및 / 또는 박막 라미네이트 또는 웨이퍼의 형태로 추가적인 기능적 특성을 추가로 사용할 수있다. 이러한 필름, 라미네이트 또는 코팅의 기능적 특성은 예를 들어 착색, 착색, 하드 코팅, 편광, 광 변색, 일렉트로 크로 미즘, UV 흡수, 협 대역 필터링, 정전기 방지, 크래킹 방지 및 용이 한 클리닝을 포함 할 수있다.
[0087] 예들
[0088] 코팅 시뮬레이션들:
[0089] TFCalc (Software Spectra, Inc.)에서 텅스텐, W 및 금, Au 금속성 흡수 층을 사용하는 필터 용 샘플 필터 설계가 작성되었습니다. W는 낮은 k/n 비율을 가지며 Au는 500 nm를 초과하는 높은 k/n 비율을 갖는다. 각 필터는 필터의 후면 반사율 (Rb)이 400nm 근처의 40 % 근처에서 500-800nm에서 최대 투과율을 달성하도록 최적화되었습니다. 이 시뮬레이션에서 필터의 전면 반사율 Rf가 최대화되었습니다. 도 4a는 이산화 티탄 층에 의해 기재로부터 분리 된 흡수성 Au 층을 사용하는 코팅 스택의 구성을 도시하는 표이다. 도 4b는 동일한 코팅의 투과율을 도시한다. 도 4c는 동일한 코팅의 전면 반사율을 도시한다. 도 4d는 동일한 코팅의 후면 반사율을 도시한다.
[0090] 도 5a는 이산화 티탄 층에 의해 기재로부터 분리 된 W의 흡수층을 사용하는 코팅 스택의 구성을 도시하는 표이다. 도 5b는 동일한 코팅의 투과율을 도시한다. 도 5c는 동일한 코팅의 정면 반사율을 도시한다. 도 5d는 동일한 코팅의 후면 반사율을 도시한다.
[0091] 이 시뮬레이션은 본 발명의 몇몇 설계 목표를 입증한다. 우선적으로, 본 발명의 필터 설계에 따라, 전방 및 후방 반사율이 분리 될 수 있거나, 독립적으로 선택적으로 최적화되고 제어 될 수있다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예에서, 예를 들어 안과 용 렌즈를 사용하는 경우, 렌즈의 후방 (착용자) 측으로부터의 반사율은 렌즈의 정면 반대측으로부터의 반사율과 상이하도록 설계된다. 적어도도 4c 및도 4d 및도 5c 및도 5d에 도시된 결과는 UV 및 / 또는 청색광을 차단할 때 그 효과가 현저하다는 것을 보여준다. 나이트 - 드라이버 렌즈의 특별한 경우, 운전자를 지나가는 자동차로부터의 렌즈 반사가 상당히 산만해질 수 있기 때문에, 이러한 장점은 더욱 강조된다. 본 발명에 따른 필터는 후면 반사를 실질적으로 낮추면서 높은 전면 반사를 유지할 수있게한다.
[0092] 둘째, 본 발명의 필터 설계에 따르면, 코팅의 통과 대역에서의 투과는 상이한 재료로 형성된 흡수층을 사용함으로써 조작되거나 최적화 될 수있다. 예를 들어, 전술 한 시뮬레이션에서, Au 층을 사용하는 코팅의 통과 대역에서의 투과율은 W 층을 사용하는 코팅의 통과 대역보다 훨씬 높다. 이것은 W 층이 Au 층의 두께의 절반이더라도 사실이다.
[0093] 원하는 HEV 컷 - 오프 이상으로 투과율을 최대화하면서 다양한 표면 반사를 얻기 위해 코팅 스택에 사용 된 W 및 Au 층의 두께를 조작하는 효과를 추가로 평가하기 위해 추가 시뮬레이션을 수행했습니다. 도 6a 및도 6b는 이들 시뮬레이션의 백분율 투과율, Trans (라인 시작 상부 좌측), 후면 반사, R-Back (라인 시작 하부 좌측) 및 전면 반사, R-Front (라인 시작 중 왼쪽)를 도시한다. 보고 된 전송은 500-800 nm의 평균값입니다. 보고 된 반사 (앞 또는 뒤)는 평균 400-450 nm입니다. 상기 데이터는 Au와 같은 굴절률 프로파일을 갖는 재료를 사용하는 이점을 명확하게 보여준다. 컷오프 아래의 주어진 후방 반사에 대해, 평균 가시 투과율은 W, 텅스텐과 같은 금속과 비교할 때 훨씬 더 높은 값으로 유지될 수 있다.
[0094] 본 발명에 사용될 수있는 다른 금속 흡수제는 가시 스펙트럼을 통해 높은 투과율을 달성하는 능력을 위해 Low-E 윈도우 코팅에 일반적으로 사용되는은, Ag를 포함한다. 이러한 Low-E 어플리케이션에서 반사율은 코팅 설계의 앞면과 뒷면에서 거의 동일합니다. 본 발명에 따른 청색광 차단의 특정 응용에있어서, Au는 청색 파장 대역에서 발생하는 저 - 고 k 및 고 - 저 n으로의 전이로 인해 다른 금속에 비해 유일하다. 이것은 금의 독특한 색을 제공합니다. 유사한 도체를 갖는 다른 도체는 질화 티타늄, TiN 및 질화 지르코늄, ZrN이다. 이들 전도성 세라믹은 모두 금과 유사한 외관을 갖는다. 그들의 굴절률은 여러 연구자들에 의해 연구되어 금의 모방을 발견했습니다. TiN의 예는 Panos Patsalas, Nikolaos Kalfagiannis 및 Spyros Kassavetis가 제공합니다. Materials 2015, 8, 3128-3154; doi : 10.3390 / ma8063128 (2015)은 TiN의 복소 굴절률이 Au의 매우 복잡한 굴절률을 나타내는 것을 본 명세서에서 전체적으로 인용한다. 따라서, 금을 대신 할 때 광학 필터의 TiN에 대해 유사한 성능이 기대 될 수 있습니다. TiN을 사용하는 이점은 상대적으로 저렴한 비용입니다. 또한, TiO2를 형성하는데 사용 된 동일한 표적으로부터 형성 될 수있다. 또한, 금과 같은 귀금속은 다른 종과의 일반적인 비 반응성으로 인해 접착에 어려움을 낳습니다.
[0095] 금속성 흡수 층으로서 니켈 Ni를 사용하여 본 발명에 따른 2 개의 추가적인 필터 설계가 시뮬레이션되었다. Ni의 인덱스 프로파일은 W와 유사합니다. 이 시뮬레이션의 목적은 흡수 층을 스택 내의 다른 위치로 이동시키는 것이 전방 및 후방 반사율에 미치는 영향을 보여주는 것입니다. 두 경우 모두 위에서 설명한대로 스택을 다시 최적화했습니다. 도 7a는 이산화 티타늄 층에 의해 기재로부터 분리 된 Ni 층을 사용하는 코팅 스택의 구성을 도시하는 표이다. 도 7b는 동일한 코팅의 전면 반사율을 도시하고,도 7c는 동일한 코팅의 후면 반사율을 도시한다. 도 8a는 이산화 티타늄과 이산화 규소의 6 개의 교번 층에 의해 기재로부터 분리 된 Ni 층을 사용하는 코팅 스택의 구성을 도시하는 표이다. 도 8b는 동일한 코팅의 전면 반사율을 도시하고,도 8c는 동일한 코팅의 후면 반사율을 나타낸다. 그 결과는 본 발명의 필터의 전방 및 후방 반사율이 흡수층의 선택적 위치 설정에 의해 어떻게 최적화 될 수 있는지를 보여준다. 스택 내의 Ni 층.
[0096] 코팅 예 :
[0097] 일 실시예에서, 지르코늄, Zr, 금속은 본 발명에 따른 코팅에서 흡수재 층을 형성하는데 사용되었다. Zr의 인덱스 프로파일은 Ni와 유사 할 것으로 예상된다 (즉, 낮은 k/n 값). 따라서, Ni는 refractiveindex.info 데이터베이스에서 사용되었습니다. Zr 층 두께는 시간에 따라 조절되었다. 따라서, Zr 층의 정확한 두께는 각각의 증착 이전에 타겟의 산화 상태의 변화로 인해 알려지지 않았다. 모든 코팅은 유리 슬라이드에서 수행되었습니다. 생성 된 실험 샘플의 스펙트럼 데이터는 Hunter 분광기로부터 얻어졌다.
[0098] 도 9a는 지르코늄 이산화물 층에 의해 기재로부터 분리 된 Zr을 흡수하는 층을 사용하는 코팅 스택의 구성을 도시하는 표이다. 도 9b는 1 초 이상 형성된 Zr 층을 사용하는 코팅에 대한 투과율 (트랜스), 전면 반사율 (Rf) 및 후면 반사율 (Rb)의 백분율을 나타낸다. 도 9c,도 9d,도 9e,도 9f 및도 9g는 각각 2.5 초, 4 초, 6 초, 7.5 초 및 10 초에 걸쳐 형성된 Zr 층을 사용하는 코팅에 대한 투과율, 정면 반사율 및 후면 반사율을 나타낸다. 야간 주행을위한 광학 렌즈와 같은 응용 분야의 주요 관심사는 후면 반사의 감소입니다, Rb. 도 9h는 도 9b 내지 도 9g에 도시된 테스트 코팅으로부터 생성 된 피크 전면 반사율 대 피크 전면 반사율 (원)의 비율 및 450-850 (다이아몬드)의 파장의 평균 투과율을 나타낸다.
[0099] 상기 한 바에 따르면, 본 발명에 따른 선택적으로 위치되고 형성된 흡수층의 사용은 80%에 가까운 투과율을 여전히 유지하면서 전면 반사에 대하여 30 %만큼 후면 반사를 감소 시키도록 작동 할 수 있음을 나타낸다. 본 발명의 필터의 부가적인 최적화는 가시광 파장에서의 반사율을 감소시킬 수 있으며, 이는 전체 투과율을 증가시킬 것이다.
[00100] 모델 확인 :
[00101] 도 9A-9G에 기술되고 도시된 코팅은 TFCalc에서 다시 모델링되었다. 도 10a는 1 초 이상 동안 형성된 Ni를 흡수하는 층을 사용하는 실험 코팅에 대응하는 후면 모델링 된 코팅 스택의 구성을 도시하는 표이다. 도 10b는 동일한 코팅에 대한 모델링 된 데이터 (실선)에 대한 실험 코팅 (원)의 투과율을 나타낸다. 도 10c는 동일한 코팅에 대한 실험 된 코팅 (원형) 대 모델링 된 데이터 (실선)의 전면 반사율을 도시한다; 도 10d는 동일한 코팅에 대한 실험 된 코팅 (원형) 대 모델링 된 데이터 (실선)의 후면 반사율을 도시한다.
[00102] 도 11a는 7.5 초 이상 동안 형성된 Zr을 흡수하는 층을 사용하는 실험 코팅에 대응하는 후면 모델링 된 코팅 스택의 구성을 도시하는 표이다. 도 11b는 동일한 코팅에 대한 모델링 된 데이터 (실선)에 대한 실험 코팅 (원)의 투과율을 나타낸다; 도 11c는 동일한 코팅에 대한 실험 된 코팅 (원형) 대 모델링 된 데이터 (실선)의 전면 반사율을 도시한다; 도 11d는 동일한 코팅에 대한 실험용 코팅 (원형) 대 모델링 된 데이터 (실선)의 후면 반사율을 도시한다. 이 수치들로부터 분명히 알 수 있듯이, 모델과 실험 데이터 간의 일치도는 매우 좋다.
[00103] 본 발명은 특정 실시예들 및 애플리케이션들에 관하여 기술되었지만, 당업자는이 교시에 비추어 청구 된 발명의 범위를 벗어나지 않고 추가적인 실시예들 및 수정들을 생성 할 수있다. 따라서, 본 명세서의 도면 및 설명은 본 발명의 이해를 용이하게하기 위해 예로서 제공되며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안됨을 이해해야 한다.
Claims (20)
- 광학 필터(optical filter)로서,
상이한 굴절률들(refractive indices)을 가지는 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들;
50 nm 미만의 두께를 가지는 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층; 및
70% 초과의 광학 필터의 투과 백분율(percent transmission)를 포함하는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들은 1.6 이하의 굴절률을 가지는 재료를 포함하는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들은 1.6 초과의 굴절률을 가지는 재료를 포함하는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 전도성 재료를 포함하는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 금, 질화 티타늄, 및/또는 질화 지르코늄을 포함하는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 상이한 굴절률들을 가지는 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 중 2개의 층들 사이에 직접적으로 개재되는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 중 하나의 층 내에 직접적으로 개재되는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 광학 필터의 전방 측을 향하여 상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 내에 포지셔닝되는,
광학 필터들. - 제1 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층은 상기 광학 필터의 후방측을 향하여 상기 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들 내에 포지셔닝되는,
광학 필터들. - 안구용 렌즈(ophthalmic lens)로서,
렌즈 기재(lens substrate);
상기 렌즈 기재의 전방 표면 및 상기 전방 표면에 부착되는 후방 표면을 가지는 광학 필터; 및
상기 광학 필터의 후방 표면으로부터의 반사율 백분율(percent reflectance)보다 30% 더 큰 안구용 렌즈의 전방 표면으로부터의 반사율 백분율을 포함하는,
안구용 렌즈. - 제10 항에 있어서,
상기 렌즈 기재는 열가소성 플라스틱인,
안구용 렌즈. - 제10 항에 있어서,
상기 렌즈 기재는 경화가능한 액체 단량체 혼합물 또는 경화가능한 우레탄계 프리폴리머(prepolymer) 조성물인,
안구용 렌즈. - 제10 항에 있어서,
기능적 라미네이트(laminate)를 더 포함하는,
안구용 렌즈. - 제10 항에 있어서,
상기 광학 필터는:
상이한 굴절률들을 가지는 투명 유전체 재료들의 복수의 교번 층들; 및
50 nm 미만의 두께를 가지는 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 포함하는,
안구용 렌즈. - 제10 항에 있어서,
상기 광학 필터는 금, 질화 티타늄, 및/또는 질화 지르코늄의 적어도 하나의 층을 포함하는,
안구용 렌즈. - 광학 물품을 형성하기 위한 방법으로서,
광학 기재를 획득하는 단계;
상기 광학 기재 상에 광학 필터를 형성하는 단계─상기 단계는:
상기 광학 기재의 표면 상에 1.6 초과의 굴절률을 가지는 투명 유전체 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계;
상기 광학 기재의 표면 상에 1.6 이하의 굴절률을 가지는 투명 유전체 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계;
상기 광학 기재의 표면 상에 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계를 포함함─; 및
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계를 통해 상기 광학 필터의 후방측으로부터의 반사율 백분율보다 30% 더 큰 상기 광학 물품의 전방 표면으로부터의 반사율 백분율을 부여하는 단계를 포함하는,
광학 물품을 형성하기 위한 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계는 50 nm 미만의 두께를 가지는 하나의 층을 적용하는 단계를 포함하는,
광학 물품을 형성하기 위한 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계는 전도성 재료를 적용하는 단계를 포함하는,
광학 물품을 형성하기 위한 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 금속성 흡수 재료의 적어도 하나의 층을 적용하는 단계는 금, 질화 티타늄, 및/또는 질화 지르코늄을 적용하는 단계를 포함하는,
광학 물품을 형성하기 위한 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 광학 기재를 획득하는 단계는 열가소성 안구용 렌즈를 획득하는 단계를 포함하는,
광학 물품을 형성하기 위한 방법.
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