KR20180108328A - 기능성 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법 - Google Patents

기능성 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 안구에 착용될 수 있도록 곡면 구면을 가지는 렌즈 기재; 및 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 구비되고, 그래핀 시트를 포함하는 기능성층;을 포함하는 기능성 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

기능성 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법{FUNCTIONAL CONTACT LENS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 명세서는 기능성 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 사물 인터넷 및 전자 기기의 증가로 인하여, 환경 전자파에 노출되는 빈도가 증가하고 있다. 나아가, 디스플레이 기기의 대형화 및 잦은 노출로 인하여 눈으로 유입되는 전자파의 영향을 무시할 수 없으며, 이로 인하여 시력의 저하 등을 유발할 수 있다.
최근 시력 교정 및 미용을 목적으로 하는 콘택트 렌즈에 센서 또는 디스플레이를 내장시키는 등의 연구에 대한 보고는 있으나, 그래핀 시트를 포함하는 기능성층을 이용한 기능성 콘택트 렌즈에 대한 연구는 전무한 상황이다.
본 발명은 기능성 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 안구에 착용될 수 있도록 곡면 구면을 가지는 렌즈 기재; 및 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 구비되고, 그래핀 시트를 포함하는 기능성층;을 포함하는 기능성 콘택트 렌즈를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 렌즈 기재를 준비하는 단계; 그래핀 성장 지지체 상에 그래핀 시트를 형성하는 단계; 상기 그래핀 시트 상에 고분자 지지층을 형성하는 단계; 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 단계; 및 상기 고분자 지지층 상에 구비된 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 전사하는 단계;를 포함하는 상기 기능성 콘택트 렌즈의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 외부로부터 유입되는 전자파를 효과적으로 차단하여, 사용자의 눈을 보호할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 기능성층을 구비함에도 우수한 광투과도를 가지는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 우수한 수분 보유력으로 인하여 사용자의 안구 건조를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 전자파 차폐에 의한 효과를 모식적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 수분 증발 억제 효과를 모식적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 과정을 도시한 것이다.
도 4는 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예에 따른 콘택트 렌즈의 파장에 따른 광투과도를 특정한 그래프이다.
도 5는 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예에 따른 콘택트 렌즈의 육안 관찰을 위한 샘플을 나타낸 것이다.
도 6은 실험예 3에 따른 전자파 차폐 성능을 확인하기 위하여 준비한 샘플의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 7은 실험예 3에 따른 전자파 차폐 성능을 확인하기 위하여 준비한 샘플의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 8은 실험예 3에 따른 전자파 노출 이후의 실시예 및 비교예 1의 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 실험예 4에 따른 수분 투과 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈의 수분 투과도를 측정한 데이터를 나타낸 것이다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서의 "그래핀 시트"는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리 시클릭 방향족 분자를 형성하는 그래핀이 층 또는 시트 형태를 형성한 것으로서, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6 원환을 형성하나, 5 원환 및/또는 7 원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 상기 그래핀 시트는 서로 공유 결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그래핀 시트는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5 원환 및/또는 7 원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 상기 그래핀 시트는 상술한 바와 같이 그래핀의 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 통상 상기 그래핀의 측면 말단부는 수소원자로 포화될 수 있다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 안구에 착용될 수 있도록 곡면 구면을 가지는 렌즈 기재; 및 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 구비되고, 그래핀 시트를 포함하는 기능성층;을 포함하는 기능성 콘택트 렌즈를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층은 높은 광투과도를 가지면서, 전자파 차폐 및 안구로부터의 수분 증발을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층은 외부로부터 유입되는 전자파를 흡수 또는 반사하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성층은 전자파 차폐층일 수 있다. 또한, 상기 기능성층은 전자 차폐 및 안구 건조 방지 기능의 고투명 층일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성 콘택트 렌즈의 전자파 차폐율은 1.0 × -104 -dB/㎛ 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성 콘택트 렌즈는 전자파 차폐율을 1.0 × -104 -dB/㎛ 이상으로 구현할 수 있으므로, 일상 생활에서 안구로 유입되는 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 전자파 차폐에 의한 효과를 모식적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 기능성층이 구비되지 않은 일반적인 콘택트 렌즈를 착용한 경우, 전자파가 안구로 유입되는 것을 도시한 것이다. 도 1의 (b)는 기능성층이 구비된 본원 발명의 기능성 콘택트 렌즈를 착용한 경우, 전자파가 차단되는 것을 도시한 것이다.
도 1의 (a) 경우 콘택트 렌즈가 전자파를 차폐할 수 없으므로, 전자파가 안구에 유입되어 안구가 열손상 또는 전자파 노출에 따른 손상이 유발될 수 있다. 이에 반하여, 도 1의 (b)의 경우 기능성층에 의하여 전자파가 안구로 유입되지 않으므로, 외부의 전자파로부터 안구를 보호할 수 있다. 나아가, 전자파의 흡수 등으로 인하여 기능성층에서 발생한 열은 외부에 쉽게 방출되어 사용자의 안구에는 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층은 상기 렌즈 기재의 외측면에 구비될 수 있다. 상기 기능성층은 상기 렌즈 기재의 외측면에 구비되는 경우, 사용자의 안구에서 보다 떨어진 위치에서 효과적으로 전자파 차폐를 할 수 있는 장점이 있다.
상기 렌즈 기재의 외측면이란, 사용자가 상기 기능성 콘택트 렌즈를 착용하는 경우 외부를 향하는 면을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층은 1층 이상 10층 이하의 그래핀 시트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성층은 1층 이상 5층 이하의 그래핀 시트를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기능성층은 단층의 그래핀 시트(monolayer graphene sheet)일 수 있다.
상기 기능성층이 1층 이상 10층 이하의 그래핀 시트를 포함하는 경우, 우수한 전자파 차폐성 및 우수한 광투과도를 구현할 수 있다. 상기 기능성층이 10층을 초과하는 그래핀 시트를 포함하는 경우, 전자파 차폐 성능의 향상은 미미하고 재조비용의 상승을 유발할 수 있다. 또한, 상기 기능성층이 10층을 초과하는 그래핀 시트를 포함하는 경우, 광투과도의 저하가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층의 550 ㎚ 파장에서의 광투과도는 50 % 이상 98 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층의 550 ㎚ 파장에서의 광투과도는 80 % 이상 95 % 이하일 수 있다.
상기 기능성 콘택트 렌즈는 높은 광투과도를 가지는 기능성층을 포함하므로, 사용자가 착용시 기능성층에 따른 광투과도 저하를 느끼지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층은 상기 그래핀 시트로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층은 상기 그래핀 시트의 일면 상에 추가의 층을 더 포함할 수 있다. 상기 추가의 층은 상기 기능성 층의 그래핀 시트와 다른 기능을 상기 기능성 콘택트 렌즈에 더 부여하거나, 상기 그래핀 시트의 역할을 보조하는 기능을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층은 상기 그래핀 시트 상에 투명 고분자층을 더 포함할 수 있다. 상기 투명 고분자층은 상기 그래핀 시트를 보호하는 보호층의 역할을 할 수 있다. 상기 투명 고분자층은 하기 제조방법에서 기술되는 고분자 지지층과 동일한 것일 수 있다.
상기 투명 고분자층의 광투과도는 550 ㎚ 파장에서 80 % 이상 95 % 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트는 상기 렌즈 기재의 일면 상에 전면층의 형태로 구비될 수 있다.
상기 그래핀 시트가 전면층의 형태로 구비되는 것은 상기 렌즈 기재의 일면의 전체를 커버하는 형태인 것을 의미할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트는 상기 렌즈 기재의 일면 상에 패턴층의 형태로 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트는 안구의 동공에 대응되는 영역의 렌즈 기재 상에 패턴층의 형태로 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀 시트는 상기 렌즈 기재의 중앙부에 패터닝되어 사용자의 동공에 유입되는 전자파를 차폐할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트는 안구의 홍채에 대응되는 영역의 렌즈 기재 상에 패턴층의 형태로 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀 시트는 상기 렌즈 기재의 동공 주변부(홍채)에 대응하는 영역에 패터닝되어 사용자의 시인성을 높이면서, 동공 주변부로 유입되는 전자파를 차폐할 수 있다.
나아가, 필요에 따라 상기 그래핀 시트는 다양한 모양의 패턴층의 형태로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층의 면저항 값은 10 Ω/□ 이상 50 kΩ/□ 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층의 면저항 값은 100 Ω/□ 이상 1 kΩ/□ 이하, 또는 300 Ω/□ 이상 1 kΩ/□ 이하일 수 있다. 또한, 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층의 면저항 값은 500 Ω/□ 이상 700 Ω/□ 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층의 면저항 값은 550 Ω/□ 이상 650 Ω/□ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성층에 포함되는 그래핀 시트는 곡면의 렌즈 기재 상에 구비됨에도 불구하고, 평판에 형성된 그래핀 시트와 물성 차이가 거의 없을 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성 콘택트 렌즈의 수분 투과도는 38 ℃에서 0.001 g/㎡·day 이상 3 g/㎡·day 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성 콘택트 렌즈의 수분 투과도는 38 ℃에서 0.01 g/㎡·day 이상 2 g/㎡·day 이하, 0.01 g/㎡·day 이상 1 g/㎡·day 이하일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성 콘택트 렌즈의 수분 투과도는 38 ℃에서 0.05 g/㎡·day 이상 0.1 g/㎡·day 이하, 또는 0.06 g/㎡·day 이상 0.9 g/㎡·day 이하일 수 있다.
상기 기능성 콘택트 렌즈는 상기 기능성층이 구비되지 않은 렌즈 기재에 비하여 낮은 수분 투과도를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성 콘택트 렌즈는 상기 범위의 낮은 수분 투과도를 가지므로, 안구로부터의 수분 증발을 효과적으로 방지하여 안구 건조를 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 수분 증발 억제 효과를 모식적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 기능성층이 구비되지 않은 일반적인 콘택트 렌즈를 착용한 경우, 눈물 또는 식염수가 쉽게 증발되어 콘택트 렌즈 및 안구가 건조해지는 것을 도시한 것이다. 이에 반하여, 도 2의 (b)는 기능성층이 구비된 본원 발명의 기능성 콘택트 렌즈를 착용한 경우, 눈물 또는 식염수가 쉽게 증발되지 않아 안구가 건조해지지 않는 것을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 렌즈 기재는 일반적으로 사용되는 콘택트 렌즈일 수 있으며, 시중에서 판매되는 콘택트 렌즈를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 렌즈 기재는 실리콘 하이드로겔(Silicon hydrogel), 폴리(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)(PHEMA), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리(유산-글리콜린산)(PLGA), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 또는 폴리비닐아세테이트(PVA)을 기반으로 하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기능성 콘택트 렌즈는 상기 기능성층 상에 웨어러블 디바이스가 구비된 것일 수 있다. 상기 웨어러블 디바이스는 미세 전자 회로를 포함하는 디스플레이 또는 센서 등일 수 있으며, 상기 기능성층은 상기 웨어러블 디바이스로부터 발생하는 전자파를 효과적으로 차단하여 안구를 보호할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 기능성 콘택트 렌즈의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태는, 렌즈 기재를 준비하는 단계; 그래핀 성장 지지체 상에 그래핀 시트를 형성하는 단계; 상기 그래핀 시트 상에 고분자 지지층을 형성하는 단계; 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 단계; 및 상기 고분자 지지층 상에 구비된 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 전사하는 단계; 를 포함하는 상기 기능성 콘택트 렌즈의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 렌즈 기재를 준비하는 단계는 통상의 콘택트 렌즈를 준비하는 것일 수 있다. 상기 렌즈 기재는 시중에 유통되고 있는 콘택트 렌즈를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계는 화학기상증착법을 이용하는 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계는 고온 화학기상증착(Rapid Thermal Chemical Vapour Deposition; RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(Inductively Coupled Plasma-Chemical Vapor Deposition; ICP-CVD), 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD), 상압 화학기상증착(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition; APCVD), 금속 유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)을 이용하여, 상기 그래핀 성장 지지체 상에 그래핀 시트를 형성하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계는 상압, 저압 또는 진공 하에서 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계가 상압 조건 하에서 수행되는 경우 헬륨(He) 등을 캐리어 가스로 사용함으로써 고온에서 무거운 아르곤(Ar)과의 충돌에 의해 야기되는 그래핀의 손상(damage)을 최소화시킬 수 있다. 또한, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계가 상압 조건 하에서 수행되는 경우, 저비용으로 간단한 공정에 의하여 그래핀 시트를 제조할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계가 저압 또는 진공 조건에서 수행되는 경우, 수소를 분위기 가스로 사용하며, 온도를 올리면서 처리하여 주면 금속 촉매의 산화된 표면을 환원시킴으로써 고품질의 그래핀 시트를 합성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 성장 지지체의 재료는 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동(brass), 청동(bronze), 백동(white brass), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 Ge 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 상기 그래핀 성장 지지체가 금속 재질인 경우, 상기 그래핀 성장 지지체 자체로 그래핀 시트가 형성될 수 있는 촉매 역할을 할 수 있다. 다만, 상기 그래핀 성장 지지체는 반드시 금속 재질일 필요는 없으며, 예를 들어, 실리콘을 사용할 수 있다. 상기 그래핀 성장 지지체가 실리콘 재질인 경우, 상기 그래핀 성장 지지체 상에 촉매층을 형성하기 위하여 상기 실리콘 재질의 그래핀 성장 지지체를 산화시켜 실리콘 산화물층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 그래핀 성장 지지체는 박막 또는 호일 형태의 금속 기재일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 성장 지지체는 촉매층을 더 포함할 수 있다. 상기 촉매층은 상기 그래핀 성장 지지체 상에 그래핀 시트의 형성을 용이하게 하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 촉매층은 재료, 두께, 및 형태에 있어, 특별히 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 촉매층은 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동(brass), 청동(bronze), 백동, 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 Ge 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금일 수 있으며, 상기 그래핀 성장 지지체와 동일하거나 상이한 재료에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계는, 박막 또는 호일 형태의 금속 재질의 그래핀 성장 지지체를 로(furnace)에 넣고 탄소 소스를 포함하는 반응가스를 공급하고 상압 또는 상압 보다 낮은 압력에서 열처리 함으로써 그래핀 시트를 성장시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계는, 상기 탄소 소스를 기상으로 공급하면서 300 ℃ 내지 2000 ℃의 온도로 열처리하여, 상기 탄소 소스에 존재하는 탄소 성분들의 결합에 의한 6각형의 판상 구조의 그래핀 시트가 상기 그래핀 성장 지지체 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 탄소 소스는 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔 중 적어도 1종의 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 지지층은 상기 그래핀 시트를 전사하기 위한 지지체의 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 지지층은 상기 그래핀 시트가 형성된 후 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 경우, 상기 그래핀 시트를 고정하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 지지층은 PDMS, PMMA, 폴리스티렌, PVC, 폴리 부타디엔, SBS 고무, 및 폴리우레탄 중 적어도 1종을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 단계는 에칭 용액을 이용한 에칭법, 수소 버블링법, 또는 물리적 박리법을 이용하여 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 그래핀 시트의 손상 없이 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 방법이라면 적용할 수 있다.
상기 에칭 용액은 상기 그래핀 성장 지지체를 선택적으로 제거하거나 상기 그래핀 성장 지지체를 상기 그래핀 시트와 분리시킬 수 있는 용액으로서 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로, 상기 에칭 용액은 암모늄 퍼설페이트(NH5)2S2O8, HF, BOE, Fe(NO3)3, 염화철(Iron(III) Chloride, FeCl3) 및, CuCl2 중 적어도 하나를 포함하는 용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 지지층 상에 구비된 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 전사하는 단계는 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재에 부착하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트의 전사를 용이하게 수행하기 위하여, 상기 렌즈 기재와 동일 또는 유사한 구면을 가지는 틀에 상기 렌즈 기재를 고정한 후 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재 상에 전사할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 제조방법에 있어서, 상기 전사하는 단계 이후, 상기 그래핀 시트가 구비된 렌즈 기재를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 그래핀 시트가 구비된 렌즈 기재를 건조하는 단계는 상기 렌즈 기재와 상기 그래핀 시트와의 부착력을 높이는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 건조하는 단계를 통하여, 상기 렌즈 기재와 상기 그래핀 시트 사이의 수분을 증발시켜 상기 그래핀 시트와 상기 렌즈 기재와의 부착력을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 건조하는 단계는 상기 그래핀 시트가 전사된 렌즈 기재를 증류수로 세척한 후 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 건조하는 단계는 50 ℃ 이상 100 ℃ 이하의 온도에서, 10 분 이상 120분 이하로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 건조하는 단계는 60 ℃ 이상 90 ℃ 이하의 온도에서, 10 분 이상 60분 이하로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 제조방법에 있어서, 상기 전사하는 단계 이후, 상기 고분자 지지층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 지지층을 제거하는 단계는 상기 그래핀 시트가 구비된 렌즈 기재를 건조하는 단계 이후 수행되는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 고분자 지지층을 제거하는 단계는 상기 고분자 지지층을 용해할 수 있으나 상기 렌즈 기재를 손상시키지 않는 유기 용매를 이용하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 지지층을 제거하는 단계는 아세톤과 같은 유기 용매를 이용하여, 상기 렌즈 기재에 손상 없이 상기 고분자 지지층을 제거하는 것일 수 있다. 상기 유기 용매는 아세톤에 한정되는 것이 아니며, 상기 고분자 지지층을 용해할 수 있으나 상기 렌즈 기재를 손상시키지 않는 유기 용매라면 제한 없이 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제조방법은 상기 고분자 지지층을 제거하는 단계를 포함하지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 지지층은 제거되지 않고, 상기 그래핀 시트 상에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고분자 지지층은 투명 고분자층으로서, 상기 그래핀 시트를 보호하는 보호층 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 지지층 상에 구비된 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 전사하는 단계 및 고분자 지지층을 제거하는 단계를 반복 수행하여, 상기 렌즈 기재 상에 다층의 그래핀 시트를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계는 1층 이상의 그래핀 시트를 상기 그래핀 성장 지지체 상에 형성하는 것일 수 있다. 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계에서 다층의 그래핀 시트가 형성된 경우, 이를 이용하여 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 전사하는 단계를 수행하여, 상기 렌즈 기재 상에 다층의 그래핀 시트를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 지지층 상에 구비된 상기 그래핀 시트는 다층의 그래핀 시트일 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 단계 이후의 고분자 지지층 상에 구비된 그래핀 시트를 별도의 그래핀 성장 지지체 상에 형성된 그래핀 시트 상에 전사하고, 상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 과정을 반복하여, 고분자 지지층 상에 다층의 그래핀 시트가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 그래핀 시트를 형성하는 단계 이후, 상기 그래핀 시트를 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀 시트를 패터닝하는 단계는 당업계에서 일반적으로 알려진 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 그래핀 시트를 패터닝 하는 단계는 포토 리소그래피 공정을 이용하여 상기 그래핀 시트를 패터닝하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 지지층을 제거하는 단계 이후, 상기 그래핀 시트가 구비된 렌즈 기재를 수용액에 함침하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 상기 건조하는 단계 직후 상기 그래핀 시트가 수축하여 주름이 발생하는 것을 방지하거나 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재와 밀착되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 수용액은 증류수 또는 식염수를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실시예]
그래핀 성장 지지체로서 고순도의 구리 호일(Alfa Aesar, 99.99%)을 직경 8 인치의 석영 튜브 CVD에 로딩하였다. 그리고, 1,000 ℃ 분위기에서 15 sccm 이하로 H2 가스를 1시간 동안 공급한 후, 1,000 ℃ 분위기에서 150 sccm로 CH4 가스를 30분 이상 공급하여 단층의 그래핀 시트를 성장시켰다. 나아가, 15 sccm 이하로 H2 가스를 공급하며 급속하게 냉각하여, 그래핀 성장 지지체 상에 단층의 그래핀 시트를 형성하였다.
상기와 같이 제조된 그래핀 시트 상에 PMMA 용액을 스핀 코팅하여 고분자 지지층을 형성하였다. 그 후, 0.1 M의 암모늄 설페이트 용액을 이용하여 상기 그래핀 성장 지지체를 에칭하여 제거한 후, 증류수를 이용하여 세척하였다.
나아가, 렌즈 기재로서 시중에서 구할 수 있는 콘택트 렌즈(INTEROJO, 1Day Clalen)를 준비하고, 이와 유사한 곡률 반경을 가지는 틀에 고정시킨 후, 상기 고분자 지지층 상에 구비된 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재에 전사하였다.
그리고, 80 ℃의 핫 플레이트를 이용하여 상기 그래핀 시트가 전사된 렌즈 기재를 건조한 후, 아세톤을 이용하여 상기 고분자 지지층을 제거하였다. 나아가, 상기 렌즈 기재의 크기에 맞게 그래핀 시트를 재단하고, 상기 렌즈 기재를 틀에서 분리하여, 기능성층으로서의 그래핀 시트를 포함하는 기능성 콘택트 렌즈를 제조하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 과정을 도시한 것이다. 도 3에 도시된 제조 과정은 상기 실시예에 서술된 제조 과정을 통하여 명확하게 이해될 수 있다.
[비교예 1]
기능성층을 구비하지 않은 상기 실시예에서 사용한 콘택트 렌즈(INTEROJO, 1Day Clalen)를 비교예에 따른 콘택트 렌즈로 사용하였다.
[실험예 1] 기능성 콘택트 렌즈의 광투과도 테스트
상기 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 광투과도의 저하 여부를 확인하기 위하여, 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈와의 육안 비교 및 파장에 따른 광투과도를 측정하였다. 광투과도의 측정을 위하여 Nikon사의 ECLIPSE LV100ND 장비를 이용하여, 파장에 따른 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예에 따른 콘택트 렌즈의 광투과도를 측정하였다.
도 4는 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈의 파장에 따른 광투과도를 특정한 그래프이다. 도 4에 따르면, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 기능성층이 구비됨에도 불구하고, 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈의 광투과도와 유사한 수준의 광투과도를 나타내는 것을 알 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈의 육안 관찰을 위한 샘플을 나타낸 것이다. 도 5에 따르면, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈와 비교하여 육안으로 광투과도의 차이를 인식할 수 없는 것을 알 수 있다.
그러므로, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 기능성층을 구비함에도 우수한 광투과도를 가지므로, 사용자가 착용시 일반 콘택트 렌즈와 차이를 느끼지 않을 수 있다.
[실험예 2] 기능성 콘택트 렌즈의 그래핀 시트의 전기적 특성 테스트
곡면의 렌즈 기재 상에 구비된 그래핀 시트의 물성 저하 여부를 확인하기 위하여, 상기 실시예와 동일한 방법으로 구면의 렌즈 기재 대신 평판의 PET 기재 상에 형성된 그래핀 시트(비교예 2)를 준비하고, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 그래핀 시트와의 전기적 특성을 비교하였다.
구체적으로, 상기 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 그래핀 시트와 평판의 PET 기재 상에 형성된 그래핀 시트 각각에 전극을 형성하고, 4침법 나노전압계(4-point probe nanovoltmeter; Keithley 6221)를 이용하여 면저항을 측정하였다.
도 6은 실험예 2에 따른 면저항 값을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 5에 따르면, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 면저항 값은 비교예 2에 따른 그래핀 시트의 면저항 값과 크게 차이를 나타내지 않는 것을 알 수 있다. 이를 통하여, 곡면의 렌즈 기재 상에 그래핀 시트를 구비한 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 그래핀 시트는 물성 저하가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 3] 기능성 콘택트 렌즈의 전자파 차폐 테스트
상기 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 전자파 차폐 성능을 확인하기 위하여, 계란 흰자를 한방울 놓고, 이를 덮을 수 있는 폴리프로필렌 재질의 투명한 곡면 커버 상에 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈를 각각 부착한 후 2.45 GHz의 전자파를 발생하는 전자레인지에서 120 W, 약 50초 간 전자파에 노출시켰다.
도 7은 실험예 3에 따른 전자파 차폐 성능을 확인하기 위하여 준비한 샘플의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 7은 실리콘 웨이퍼 상에 계란 흰자를 덮을 수 있는 투명한 곡면 커버를 준비한 후, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈를 부착한 단면을 나타낸 것이다.
도 8은 실험예 3에 따른 전자파 노출 이후의 실시예 및 비교예 1의 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈 내부에 위치한 계란 흰자의 경우, 전자파에 의한 가열이 거의 이루어지지 않아 투명한 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈 내부에 위치한 계란 흰자의 경우, 전자파에 의한 가열에 의하여 완전히 익어 불투명 상태가 된 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 결과를 통하여, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 외부로부터 유입되는 전자파를 효과적으로 차단하는 것을 알 수 있다.
[실험예 4] 기능성 콘택트 렌즈의 수분 투과 테스트
상기 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 수분 투과 정도를 확인하기 위하여, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈 및 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈 각각을 이용하여 증류수를 담고 있는 병의 입구를 밀봉하였다. 그리고, 각각의 병을 38 ℃ 분위기에서 7 일간 방치하고 병 내부의 증류수의 감소량을 측정하였다.
도 9는 실험예 4에 따른 수분 투과 테스트 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 9에 따르면, 기능성층을 구비하지 않은 콘택트 렌즈로 밀봉된 병의 경우 7일이 경과한 후의 수분 감소량은 0.8268 g 이었으며, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈로 밀봉된 병의 경우 7일이 경과한 후의 수분 감소량은 0.5535 g이었다. 즉, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈로 밀봉된 병의 경우, 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈를 사용한 경우에 비하여 시간이 지남에 따른 병 내부의 수분 감소량이 확연히 적은 것을 알 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈와 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈의 수분 투과도를 측정한 데이터를 나타낸 것이다. 도 10에 따르면, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 기능성층에 의하여 수분 투과도가 비교예 1에 따른 콘택트 렌즈보다 낮은 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 실시예에 따른 기능성 콘택트 렌즈를 사용자가 착용한 경우, 안구로부터의 수분 증발을 방지할 수 있을 것을 쉽게 예상할 수 있다.
상기 수분 투과도는 도 9에 따른 수분 감소량의 데이터의 평균 및 표준편차를 이용하여 도출된 값이다. 구체적으로, 상기 수분 투과도는 콘택트 렌즈로 밀봉된 병을 38 ℃ 분위기에서 7일간 방치한 경우의 수분 변화량을 병 입구의 면적에서의 일 단위의 수분 변화량으로 계산된 값이다.
상기 실험예를 통하여 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 우수한 전자파 차폐 성능을 구현하며, 이를 통하여 사용자의 안구를 전자파로부터 효과적으로 보호할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 안구로부터의 수분 증발을 효과적으로 억제하여 안구 건조를 막을 수 있으며, 곡면의 렌즈 기재 상에 그래핀 시트를 구비하더라도 그래핀 시트의 물성 저하가 거의 발생하지 않음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 기능성 콘택트 렌즈는 기능성층을 구비함에도 불구하고, 광투과도의 저하를 최소화하여, 사용자가 착용시 일반적인 콘택트 렌즈와의 광투과도 차이를 느낄 수 없는 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 안구에 착용될 수 있도록 곡면 구면을 가지는 렌즈 기재; 및
    상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 구비되고, 그래핀 시트를 포함하는 기능성층을 포함하는 기능성 콘택트 렌즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성층은 상기 렌즈 기재의 외측면에 구비되는 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성층은 1층 이상 10층 이하의 그래핀 시트를 포함하는 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 그래핀 시트는 상기 렌즈 기재의 일면 상에 전면층의 형태로 구비되는 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 그래핀 시트는 상기 안구의 동공에 대응되는 영역, 또는 안구의 홍채에 대응되는 영역의 렌즈 기재 상에 패턴층의 형태로 구비되는 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성층은 외부로부터 유입되는 전자파를 흡수 또는 반사하는 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성 콘택트 렌즈의 수분 투과도는 38 ℃에서 0.001 g/㎡·day 이상 3 g/㎡·day 이하인 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성층의 면저항 값은 10 Ω/□ 이상 50 kΩ/□ 이하인 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성층의 550 ㎚ 파장에서의 광투과도는 50 % 이상 98 % 이하인 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 기재는 실리콘 하이드로겔(Silicon hydrogel), 폴리(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)(PHEMA), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리(유산-글리콜린산)(PLGA), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 또는 폴리비닐아세테이트(PVA)을 기반으로 하는 것인 기능성 콘택트 렌즈.
  11. 렌즈 기재를 준비하는 단계;
    그래핀 성장 지지체 상에 그래핀 시트를 형성하는 단계;
    상기 그래핀 시트 상에 고분자 지지층을 형성하는 단계;
    상기 그래핀 성장 지지체를 제거하는 단계; 및
    상기 고분자 지지층 상에 구비된 상기 그래핀 시트를 상기 렌즈 기재의 적어도 일면 상에 전사하는 단계를 포함하는
    청구항 1에 따른 기능성 콘택트 렌즈의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전사하는 단계 이후, 상기 고분자 지지층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것인 기능성 콘택트 렌즈의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고분자 지지층을 제거하는 단계 이후, 상기 그래핀 시트가 구비된 렌즈 기재를 수용액에 함침하는 단계를 더 포함하는 것인 기능성 콘텍트 렌즈의 제조방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 그래핀 시트를 형성하는 단계는 화학기상증착법을 이용하는 것인 기능성 콘택트 렌즈의 제조방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 전사하는 단계 이후, 상기 그래핀 시트가 구비된 렌즈 기재를 건조하는 단계를 더 포함하는 것인 기능성 콘택트 렌즈의 제조방법.
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