KR20240108503A - 패턴화된 렌즈를 위한 내마모성 - Google Patents

Abstract

내마모성을 가지는 패턴화된 렌즈는 베이스 레이어 하드코트 및 상부 하드코트를 가진다. 상기 베이스 레이어 하드코트는 필름 또는 시트 상에 형성될 수 있고 상기 패턴화된 렌즈를 성형하는 데 사용될 수 있다. 상기 상부 하드코트는 성형 후에 적용될 수 있다.

Description

패턴화된 렌즈를 위한 내마모성

본 출원은 2021년 11월 23일에 출원된 패턴화된 렌즈를 위한 내마모성이라는 제목의 미국 가출원 일련 번호 제63/264,502호에 대한 우선권 및 이익을 주장하고, 그 전체는 본 문서에 참조로서 통합된다.

패턴들이 있는 렌즈는 착용자의 눈에 특수한 효과를 가지는 유용성을 제공하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈들로 패턴화된(patterned) 렌즈는 어린이의 급속한 근시의(myopic) 발병의 시작(onset)을 완화하는 데 효과적인 치료법을 제공하는 것으로 나타난다. 이러한 마이크로렌즈로 패턴화된 렌즈의 일 예시는 미국 특허 제11,029,540호에 나와 있고, 그 전체는 본 문서에 참조로서 통합된다.

이러한 패턴화된 렌즈들은 성형 인서트로부터 광학 피쳐(feature)들의 정밀한 복제가 가능하도록 하기 위해 일반적으로 사출 성형(injection molding)을 통해 형성된다. 성형 공정은 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 나일론과 같은 열가소성 수지를 사용하여 수행된다. 그러나, 이러한 재료들은 일부 사용자들이 원하는 수준의 내마모성(abrasion resistance)을 제공하지 못하고, 렌즈는 일부 유형의 처리(handling) 동안 손상될 수 있다.

안용 렌즈(ophthalmic lens)의 내마모성을 증가시키기 위해, 렌즈의 표면 상에 하드코트(hardcoat)를 적용하는 것이 당업계에서 일반적이다. 이는 일반적으로 딥 코팅(dip coating) 또는 스핀 코팅(spin coating) 공정에 의해 수행된다. 이러한 하드코트는 특히 3-5미크론(micron)의 두께 범위에 적용될 때 폴리머 렌즈 표면의 내마모성을 크게 개선할 수 있다.

그러나 이러한 하드코트가 패턴화된 렌즈들에 사용될 때, 특히 패턴이 미국 특허 제11,029,540호에 설명된 바와 같이 마이크로렌즈들로 구성될 때, 하드코트는 패턴, 예를 들어 마이크로렌즈의 광학적 성능에 영향을 미침으로써 렌즈의 효능을 저하시킬 수 있다.

하드코트의 이러한 바람직하지 않은 효과를 제한하는 한 가지 방법은 하드코트의 두께를 줄이는 것이다. 그러나, 두께의 감소는 또한 하드코트에 의해 제공되는 내마모성의 품질을 감소시킨다. 그러므로 패턴화된 렌즈의 요구되는 광학적 성능을 유지하면서 패턴화된 렌즈의 내마모성을 극대화하는 렌즈를 고안(formulate)하는 것이 바람직하다. 또한 패턴화된 렌즈뿐만 아니라 일반적으로 이러한 렌즈를 고안하는 것이 바람직하다.

렌즈 요소, 특히 어린이와 같은 환자들의 급속한 근시의 발병의 시작을 완화하기 위한 복수의 마이크로렌즈들을 포함하는 패턴화된 렌즈 요소에 대하여 요구되는 광학적 성능을 유지하면서 렌즈 요소의 내마모성을 극대화하기 위한 시스템, 장치, 및 방법이 본 문서에 개시된다.

예시 실시예에서, 코팅된 필름이 몰드 인서트 피쳐들을 정확히 복제(replicate)하면서 표면 강도(hardness)를 증가시키는 베이스 레이어를 생성하기 위해 패턴화된 렌즈들의 사출 성형 공정 동안 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 렌즈의 내마모성을 개선하는 베이스 레이어는 기존의 하드코팅과 결합될 수 있다.

예시 실시예에서, 과소 경화된(under cured) 또는 부분적으로 경화된 코팅이 사출 성형 동안 성형성(formability)을 증가시키기 위해 필름 상에 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 코팅이 열 공정을 통해 부분적으로 경화되는 광 경화 코팅 및/또는 열 이중 경화 코팅이 필름에 충분한 접착력 및 열 성형 능력을 제공하기 위해 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 광 경화 코팅은 코팅이 필름 상에 적용된 후 낮은 조사량(dosage)의 UV, LED, 또는 가시광선과 같은 광 경화 공급원(source)에 노출되는 경우 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 충분한 유연성(flexibility)을 가지는 성형 가능한(formable) 코팅된 필름이, 성형된 웨이퍼(wafer)로 열 성형된 후 또는 사출 성형 공정으로 패턴화된 렌즈로 성형된 후 평평한 필름 상의 코팅이 갈라지지(crack) 않도록 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 코팅/경화를 완료함으로써 내마모성을 개선하기 위해 사출 성형 후에 패턴화된 렌즈들을 UV, LED, 또는 가시광선과 같은 다양한 광원들에 노출시키는 공정이 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 열 처리 공정이 코팅을 완전히 경화함으로써 개선된 내마모성을 제공하기 위해 사출 성형 후에 패턴화된 렌즈에 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 코팅된 라미네이트(laminate)가 단일 레이어 필름에 더하여 이용될 수 있다. 필름 두께는 약 0.1mm에서 2.0mm의 범위일 수 있고, 코팅 두께는 약 0.5미크론에서 20미크론의 범위일 수 있다.

예시 실시예에서, 언더 경화된 코팅들이 렌즈 성형 후 적용된 하드코팅의 접착력을 개선하기 위해 필름 상에 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 폴리카보네이트 필름 및 렌즈 재료가 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 나일론 렌즈 재료 및 필름이 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 코팅된 필름이 사출 성형 전에 사전 성형(preform)될 수 있다.

예시 실시예에서, 내마모성 코팅들이 완성된 렌즈에 적용될 수 있다.

예시 실시예에서, 코팅된 필름이 사출 성형 후에 추가적인 하드코팅 없이 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 단일 레이어 하드코팅이 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 프라이머(primer) 레이어 및 하드코팅 레이어가 이용될 수 있다.

예시 실시예에서, 스핀 코팅을 사용하여 필름 상에 코팅이 적용될 수 있다.

예시 실시예에서, 그라비어(Gravure) 또는 슬롯 다이(slot die)와 같은 롤-투-롤 코팅(roll-to-roll coating)을 사용하여 필름 상에 코팅이 적용될 수 있다.

예시 실시예에서, 평평한 웨이퍼의 형상으로 필름 상에 코팅이 적용될 수 있다.

예시 실시예에서, 성형된 웨이퍼의 형상으로 필름 상에 코팅이 적용될 수 있다.

예시 실시예에서, 용매를 포함하는 액체가 필름 상에 적용될 수 있고 용매의 증발이 필름 상에 코팅 레이어를 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예들의 이러한 및 다른 양태들, 특징들, 및 장점들은 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들의 다음의 설명으로부터 설명될 수 있고 명확하게 될 수 있다.
도 1은 예시 실시예에 따른 마이크로렌즈들을 포함하는 패턴화된 렌즈의 단면도이다.
도 2는 예시 실시예에 따른 하드코팅이 적용된 마이크로렌즈들을 포함하는 패턴화된 렌즈의 단면도이다.
도 3은 예시 실시예에 따른 프리코팅(precoat)된 필름을 포함하는 패턴화된 렌즈의 단면도이다.
도 4는 예시 실시예에 따른 베이스 레이어 및 하드코팅의 결합을 포함하는 패턴화된 렌즈의 단면도이다.
도 5는 예시 실시예에 따른 내마모성 개선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 예시 실시예에 따른 디포커스(defocus) 테스트 결과를 나타내는 테이블이다.

이제 본 발명의 특정한 실시예들이 첨부한 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있고, 본 문서에 제시된 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되고, 오히려 이러한 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하며, 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달할 수 있도록 제공된다. 첨부한 도면들에서 설명되는 실시예들의 상세한 설명에서 사용되는 용어는 본 발명을 제한하는 것으로 의도된 것은 아니다. 도면들에서, 같은 숫자들은 같은 요소들을 지칭한다.

본 명세서에서 상이한 실시예들이 설명될 수 있지만, 상이한 실시예들로부터 특징들 중 임의의 것들이 임의의 조합으로 함께 결합될 수 있음이 구체적으로 고려된다. 즉, 상이한 실시예들의 특징들은 서로 혼합 및 매칭될 수 있다. 그러므로, 상이한 실시예들로부터 특징들의 모든 치환(permutation)이 명시적으로 도시되지 않을 수 있지만, 본 명세서의 의도는 그러한 모든 조합들을 포괄하는 것이다.

본 명세서의 목적상, 값을 지칭할 때 "약(about)", "대략(around)", 또는 "거의(approximately)"라는 용어들의 사용은 명시된 값을 포함하여 명시된 값의 5% 이내(더 크거나 더 작은)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

도 1은 패턴화된 안용 렌즈(100), 예를 들어 그 표면 상에 복수의 마이크로렌즈들(120)을 가지는 렌즈 요소(110)의 예시 실시예의 단면을 도시한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 패턴화된 안용 렌즈(100)는 안용 렌즈(110)의 표면 상에 복수의 마이크로렌즈들(120)을 포함할 수 있다. 복수의 마이크로렌즈들(120) 중 각각은 구면, 원환체(toric), 또는 비구면(aspherical)을 포함하지만 그에 제한되지 않는 다양한 형태 또는 구성을 포함할 수 있다. 복수의 마이크로렌즈들(120) 중 각각은 단일 초점 포인트를 가질 수 있고(예를 들어, 원통형 파워), 또는 비초점 포인트를 가질 수 있다(예를 들어, 근시 또는 원시의 진행을 방지하는 데 사용하기 위한).

안용 렌즈(110)의 표면 상에 복수의 마이크로렌즈들(120)의 사용은 가변적인 굴절력(optical power) 구성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 안용 렌즈(110) 표면은 제1 굴절력을 제공할 수 있고, 복수의 마이크로렌즈들(120)은 제1 굴절력과 상이한 제2 굴절력을 제공할 수 있다. 일부 예시 실시예들에서, 복수의 마이크로렌즈들(120)은 안용 렌즈(110) 표면의 제1 굴절력과 상이한 다수의 또는 복수의 굴절력들을 제공할 수 있다. 따라서, 복수의 마이크로렌즈들(120)은 안용 렌즈(110) 표면 및 복수의 마이크로렌즈들(120)의 표면들 사이의 곡률의 차이를 통해 안용 렌즈(110)의 처방(prescription)에 의해 제공되는 교정(correction)을 바꾸거나 변경할 수 있다.

마이크로렌즈들(120)을 포함하는 렌즈 요소들(110)의 예시 실시예들의 다양한 치수들을 설명하는 여러 비제한적인 예시들이 본 문서에 개시된다. 이러한 비제한적인 예시들은 단지 예시적인 목적을 위한 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 인식해야 한다.

일부 비제한적인 예시들에서, 안용 렌즈(110)의 표면 상의 복수의 마이크로렌즈들(120) 중 각각의 마이크로렌즈(120)는 약 0.1mm에서 2mm, 예를 들어 0.5mm에서 1.5mm의 범위의 직경(D)을 가질 수 있다. 일부 비제한적인 예시들에서, 복수의 마이크로렌즈들(120) 중 각각의 마이크로렌즈(120)의 높이 H는 약 0.01에서 0.8mm의 범위일 수 있다. 일부 다른 예시들에서, 복수의 마이크로렌즈들(120) 중 각각의 마이크로렌즈(120)의 높이 H는 0.0008에서 0.8mm의 범위일 수 있다. 각각의 마이크로렌즈(120)의 높이 H는 바로 그 마이크로렌즈(120)에서 예상되는 바람직한 제2 굴절력에 기초하여 결정될 수 있다.

예를 들어, 그 내용 전체가 참조로서 본 문서에 통합되는 미국 특허 제11,029,540호는 안경 렌즈(spectacle lens)의 표면 상에 복수의 마이크로렌즈들을 포함하는 안경 렌즈를 설명하고, 여기서 각각의 마이크로렌즈는 2-5 디옵터의 추가 굴절력(refractive power)을 생성하기에 충분한 곡률을 가지는 0.8mm에서 2mm 사이의 직경을 포함한다.

일부 비제한적인 예시들에서, 각각의 마이크로렌즈(120)의 뷰어 측 표면은 볼록한 구형 형상으로 형성될 수 있고, 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면의 곡률보다 더 큰 곡률을 가질 수 있다. 따라서, 각각의 마이크로렌즈(120)의 볼록한 구형 표면의 굴절력은 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면의 굴절력보다 더 높을 수 있다. 그 표면 상에 마이크로렌즈들(120)이 패턴화된 안용 렌즈(110)의 성능은 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면과 마이크로렌즈들(120)의 볼록한 구형 표면의 곡률의 급격한(sharp) 대비에 따라 달라질 수 있다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 마이크로렌즈(120)는 뷰어 측을 향해 볼록한 구형 표면을 포함할 수 있고 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면보다 더 큰 곡률을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 마이크로렌즈들(120) 사이의 거리는 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면일 수 있다. 도 1로부터 마이크로렌즈(120)의 볼록한 구형 형상 표면 및 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면 사이의 곡률의 급격한 하락(drop)이 있을 수 있음을 알 수 있다.

앞서 나타난 바와 같이, 안용 렌즈의 내마모성을 증가시키기 위해, 하드코팅(130)이 렌즈(110)의 표면 상에 적용될 수 있다. 그러나, 마이크로렌즈들(120)을 가지는 안용 렌즈(110)의 표면을 내마모성 코팅(130)으로 코팅하는 것은 마이크로렌즈(120)의 곡률으로부터 베이스 렌즈(110)의 곡률으로 전환의 "급격함(sharpness)"을 줄일 수 있다. 마이크로렌즈(120)의 곡률으로부터 전환 곡률의 증가된 편차는 바람직한 디포커스 제어를 감소시킬 수 있고, 이는 패턴화된 렌즈(100)의 성능 저하로 이어질 수 있다. 결과적으로, 마이크로렌즈들(120)의 굴절력 및 마이크로렌즈들(120)에 의해 제공되는 효과 모두 줄어듦으로써 급속한 근시 발달 치료에 대한 효과 감소로 이어질 수 있다.

코팅(130)의 적용에 의한 마이크로렌즈(120)의 곡률으로부터 베이스 렌즈(110)로 전환의 "급격함"의 감소는 하드코팅(130)이 존재하지 않을 때 전환의 곡률이 마이크로렌즈(120)의 곡률로부터 바람직하지 않게 이탈하여 패턴화된 렌즈(100)의 성능 저하를 야기할 수 있다. 이러한 효과의 예시가 도 2에 도시된다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 베이스 렌즈(110)의 표면은 하드코팅(130)으로 코팅될 수 있고, 하드코팅(130)은 예를 들어 "d"의 코팅 두께를 가질 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 두께(thickness)의 높이는 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면 및 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면 상부의 하드코팅(130)의 외부 표면 사이의 높이에 의해 측정될 수 있다. 비록, 마이크로렌즈들(120)의 볼록한 구형 형상 표면들보다 위의 하드코팅(130)의 두께는 "d"의 높이보다 더 작지만, 그럼에도 불구하고, 마이크로렌즈들(120)의 볼록한 구형 형상 표면들 상의 하드코팅(130)의 존재는 마이크로렌즈(120)의 곡률으로부터 안용 렌즈(110)의 뷰어 측 표면으로 전환의 "급격함"을 줄일 수 있다.

하드코팅(130)의 두께 d가 증가함에 따라, 마이크로렌즈(120)의 베이스 렌즈(110)로의 전환의 "피쳐 정의(feature definition)" 또는 "급격함"의 이러한 손실은 악화(worsen)될 수 있다. 일부 예시들에서, 피쳐, 예를 들어 마이크로렌즈(120)의 높이는 일반적인 하드코팅(130)의 두께와 유사한 정도일 수 있다. 이는 패턴화된 렌즈(100)의 기능적 목적을 무효화하고 피쳐를 "씻어내는(washing out)" 효과를 가질 수 있다. 결과적으로, 광학 품질 저하를 보상(compensate)하기 위해 하드코팅(130)의 두께를 최소화하는 것이 필요할 수 있다.

마이크로렌즈들(120) 상의 하드코팅(130)의 바람직하지 않은 효과를 제한하는 하나의 가능한 옵션은 하드코팅(130)의 두께를 감소시키는 것일 수 있다. 그러나, 하드코팅(130)의 두께의 감소는 하드코팅(130)에 의해 제공되는 내마모성의 품질 또한 감소시킬 수 있다.

이러한 효과를 완화하기 위해, 일부 예시들에서, 필름 또는 시트(140)가 사출 성형 공정 동안 베이스 렌즈(110)의 전면 상에 형성될 수 있다. 일부 비제한적인 예시들에서, 시트 또는 필름(140)은 두께 "T"를 가질 수 있다. 다양한 유형의 필름 또는 시트(140)가 상이한 실시예들에서 이용될 수 있다. 비제한적인 예시 실시예에서, 필름 또는 시트(140)는 폴리카보네이트(예: 폴리카보네이트 필름)로 구성될 수 있다.

일부 예시 실시예들에서, 필름 또는 시트(140)는 렌즈(110)에서 사용되기 전에 그 표면에 성형 가능한 단단한(hard) 내마모성 및/또는 내스크래치성(scratch-resistant) 코팅이 적용될 수 있다. 일부 예시들에서, 필름 또는 시트(140) 상에 적용된 단단한 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅(130)의 두께는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 높이 d'을 가질 수 있다. 두께의 높이 d'은 필름 또는 시트(140)의 뷰어 측 표면 및 필름 또는 시트(140)의 뷰어 측 표면 상부의 단단한 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅(130)의 외부 표면 사이의 높이에 의해 측정될 수 있다.

일 예시 실시예에서, 단단한 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅들(130)은 실록산(siloxane), 아크릴레이트(acrylate), 및 우레탄(urethane)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 상이한 재료군으로부터 얻어질 수 있다. 일부 비제한적인 예시들에서, 단단한 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅들(130)은 경화 가능한 또는 가교 가능한(cross linkable) 조성물로부터 제조될 수 있고 경화는 열 또는 UV 경화에 의해 달성될 수 있다.

일부 예시 실시예들에서, 단단한 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅(130)은 필름 또는 시트(140) 표면의 강도를 증가시킴으로써 마모에 대한 내성을 개선하기 위해 필름 또는 시트(140)에 적용될 수 있다. 단단한 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅(130)은 성형 전에 필름 또는 시트(140) 상에 적용될 수 있기 때문에, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 성형 피쳐들은 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅(130)의 표면에 복제될 수 있다.

이어서 도 3을 참조하면, 두께 T의 필름 또는 시트(140), 예를 들어 폴리카보네이트 필름은 성형된 폴리카보네이트 렌즈(110)의 전면 상에 포함될 수 있음을 알 수 있다. 필름 또는 시트(140)의 전면 또는 뷰어 측 표면은 사출 성형 공정으로부터 떨어져 있을 수 있고, 따라서 두께 d'의 하드코팅(130)으로 프리코팅되어 있을 수 있다. 이러한 하드코팅(130)은 베이스 레이어(BL; base layer)(130)로 지칭될 수 있다.

일부 예시 실시예들에서, 필름 또는 시트(140)는 필름 또는 시트(140)를 가지는 베이스 렌즈(110)를 사출 성형 공정에 가하기 전에 뷰어 측 표면 상에 코팅될 수 있다. 사출 성형 동안, BL 또는 하드코팅(130)은 도 1에 도시되는 경우와 같이 몰드의 피쳐들을 복제할 수 있고, 여기서 피쳐들 또는 패턴들, 예를 들어 마이크로렌즈들(120)은 열가소성 렌즈 재료에 복제될 수 있다.

일 예시 실시예에서, BL(130)은 사출 성형/형성 공정 동안 더 큰 유연성을 제공하기 위해 완전히 경화되지 않은 재료로 형성될 수 있다. 이러한 구성은 균열 없이 몰드 인서트 패턴을 복제하는 데 도움이 될 수 있다. 하드코팅(130)의 경화는 강도를 극대화하기 위해 사출 성형 후에 완료될 수 있다.

일부 예시 실시예들에서, 마이크로렌즈들(120)은 BL(130) 또는 제1 하드코팅 레이어(130) 상에 형성될 수 있다. 그 다음 최종 단단한 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅(130')은 지정된 수준의 내마모성을 달성하기 위해 일반적으로 요구되는 것보다 더 작은 두께 d로 마이크로렌즈들 상에 적용될 수 있다. 여전히 요구되는 내마모성을 달성하면서 최종 하드코팅(130')의 요구되는 두께의 감소를 가능하게 함으로써, 마이크로렌즈 피쳐들의 광학적 성능은 더 잘 유지될 수 있다.

일부 예시 실시예들에서, 두께 d를 가지는 최종 하드코팅(130')은 예를 들어, 딥 코팅을 사용함으로써 복수의 마이크로렌즈들(120) 상에 적용될 수 있다. 이러한 구성은 도 4에 개략적으로 도시된다.

상부 가장 바깥의 표면 상의 하드코팅(130') 두께 d는 피쳐, 예를 들어 마이크로렌즈(120) 및 베이스 렌즈 커브 형상 사이의 전환의 어떠한 저하를 최소화할 수 있을 정도로 충분히 얇을 수 있다. 또한, 제1 하드코팅(130)의 BL(130)은 기초(underlying) 렌즈 재료(110)에 대하여 증가된 표면 강도를 제공함으로써 추가적인 내마모성을 제공할 수 있다.

마이크로렌즈들(120)의 영역들에서 폴리카보네이트 렌즈 재료(110) 또는 기초 시트 또는 필름(140)의 변형이 있는 정도까지, 일 실시예에서 다양한 레이어들에 사용되는 재료들은 임의의 관련 오차(error)를 최소화하기에 충분히 유사한 지수(index)들을 가질 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈들(120)보다 위의 최종 하드코팅(130')은 굴절률 1.5를 가질 수 있고, 베이스 레이어(BL) 하드코팅(130) 또한 1.5의 굴절률을 가질 수 있고, 시트 또는 필름(140) 및 렌즈(110) 재료, 예를 들어 폴리카보네이트는 1.59의 굴절률을 가질 수 있다. 이러한 예시 실시예에서, 가장 큰 굴절률 스텝은 폴리카보네이트 필름과 최종 하드코팅(130') 또는 BL 하드코팅(130) 레이어 사이의 0.09일 수 있다. 이러한 굴절률 스텝은 굴절 효과가 가장 두드러지는, 필름(예를 들어, 마이크로렌즈(120))이 없는 상태에서 공기로부터 하트코팅된 패턴화된 피쳐까지의 배열에서 굴절률 스텝 1.5와 비교할 때 훨씬 더 작을 수 있다. 어떤 경우에는 베이스 레이어(BL)를 성형할 때 굴절률의 차이를 설명(account for)하기 위해 굴절률이 상이한 기초 렌즈 재료가 아니라 마이크로렌즈 요소 설계를 수정(modify)해야 할 필요가 있을 수 있다.

베이스 레이어(BL)(130)의 한 가지 이점은 우수한 베이스 레이어를 제공함으로써 내마모성을 증가시키는 것일 수 있다. 이러한 한 가지 이점이 도 5에 도시된다.

베이어(Bayer) 및 스틸 울 마모 테스트(steel wool abrasion testing)를 포함하여 다양한 방식으로 내마모성이 측정될 수 있다. 도 5의 데이터는 예시적인 목적을 위한 것이므로 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 타겟 내마모성 값이 5인 경우, 하드코트만으로는 2.75미크론에 가까운 두께가 요구된다. 이러한 두께는 앞서 설명된 바와 같이 렌즈의 광학적 특성들의 바람직하지 않은 저하로 이어질 수 있다. 그러나, 앞서 설명된 바와 같이 BL의 사용으로 타겟 내마모성 값이 5인 경우 하드코트 두께는 1.3미크론으로 감소될 수 있고 여전히 원하는 내마모성과 원하는 광학적 성능 또한 달성할 수 있다.

미국 특허 제7,500,749호는 사출 성형 공정으로 광학 물품(article)을 생산하는 공정을 개시하고, 그 전체는 참조로서 본 문서에 통합된다.

예시 실시예들이 이하에서 보다 상세하게 설명된다. 그러나, 이하에서 도시 및/또는 설명되는 임의의 방법, 단계, 시스템, 장치, 및/또는 값은 단지 예시하고 설명하는 목적을 위한 것임을 인식해야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 예시 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

예시 실시예에서, 폴리카보네이트 필름은 일측 상에 열 성형 가능한 코팅으로 프리코팅될 수 있다. 예시 실시예는 유연한 코팅 폴리머로 코팅을 사용할 수 있다. 또다른 예시 실시예는 상기 그 전체가 참조로서 통합되는 미국 특허 제7,500,749호에 설명된 바와 같이 인몰드(in-mold) 사출 성형 전에 코팅을 부분적으로 경화하는 것에 의존(rely on)할 수 있다.

또다른 예시 실시예에서, 열 성형 가능한 코팅은 UV 경화 코팅과 결합하여 이중 열 경화될 수 있다. 코팅 용액(solution)이 폴리카보네이트 필름 상에 적용된 후, 코팅된 필름은 열 경화될 수 있고, 이는 폴리카보네이트에 좋은 접착력을 유지하고 초기 크로스해치(crosshatch) 접착 테이프 테스트를 통과할 수 있으면서 투명한 코팅을 생성할 수 있다. 이러한 열 경화만 된 코팅은 유연하고 열 성형이 가능할(thermoformable) 수 있다.

이러한 프리코팅된 폴리카보네이트 필름은 프리코팅된 물품을 생산하기 위해 인몰드 사출 성형 공정에 사용될 수 있다. 사출 성형 공정 시 코팅은 유연할 수 있으므로, 코팅의 균열 없이 물품 형상으로 형성될 수 있다. 이중 경화 코팅이 이용되는 경우, 코팅은 내스크래치성 코팅을 형성하기 위해 UV 경화로 완료될 수 있다.

비제한적인 상업적으로 이용가능한 코팅된 폴리카보네이트 필름의 비제한적인 예시들은, 예를 들어 Sabic의 Lexan HP92S, Lexan HP92T, TechPlast의 5X36 Indoor AR PC, Poly 12323, Covestro의 Makrolon HF312, Makrolon HF278, 및 Teijin의 Planlite PC-710A, PC-SB50을 포함한다.

제1 예시 실시예는 프리코팅된 HF312 필름을 가지는 폴리카보네이트 렌즈의 사출 성형 및 약 1.7의 베이어 비율(Bayer ratio)을 가지는 기존의 하드코팅의 첨가를 포함할 수 있다. 이러한 제1 예시 실시예는 14미크론의 코팅 두께를 가지는 15밀(mil) 프리코팅된 폴리카보네이트 필름을 이용할 수 있다. 폴리카보네이트 필름은 열 경화를 완료하지 않고 UV 경화될 수 있다.

HF312 필름은 포토크로믹(photochromic) 라미네이트를 형성하기 위해 또다른 12밀 폴리카보네이트 필름과 적층(laminate)될 수 있다. 그 다음 포토크로믹 라미네이트는 평평하고 둥근 형상의 웨이퍼로 절단될 수 있고, 코팅이 렌즈의 볼록한 측 상에 있도록 인몰드 사출 공정을 통해 6-베이스 포토크로믹 렌즈로 생산될 수 있다. 이러한 예시 실시예에서, 코팅은 흐릿하지(hazy) 않을 수 있고 육안 검사는 코팅 균열의 어떠한 징후도 나타나지 않을 수 있다. 그 다음 렌즈는 코팅의 경화를 완료하기 위해 200mJ/cm2의 UVA 조사량으로 머시(mercy) D 전구 램프와 같은 자외선에 노출될 수 있다.

이어서, 0.2미크론 프라이머 레이어 및 1.8미크론 하드코트 레이어를 포함하는 내스크래치성 코팅이 딥 코팅 공정으로 렌즈 상에 적용된 후, 화씨 235도에서 여섯 시간 동안 경화될 수 있다. 렌즈에 내마모성 테스트가 수행되어 약 1.7의 베이어 비율을 얻을 수 있다.

제2 예시 실시예는 코팅되지 않은 폴리카보네이트 필름을 가지는 폴리카보네이트 렌즈의 사출 성형 및 약 0.9의 베이어 비율을 가지는 기존의 렌즈 하드코팅의 첨가를 포함할 수 있다. 코팅되지 않은 평평하고 둥근 형상의 6-베이스 포토크로믹 폴리카보네이트 웨이퍼가 렌즈에 사출 성형될 수 있다. 렌즈 자체는 Crystalcoat 1165 및 Crystalcoat 1154로 코팅될 수 있고, 내마모성 테스트 결과 약 0.9의 베이어 비율을 얻을 수 있다. 따라서, 제1 예시 실시예는 제2 예시 실시예에 포함된 렌즈 생산의 표준 방법에 비교할 때 약 89%의 개선을 보여줄 수 있다.

제3 예시 실시예는 프리코팅된 HF278 필름을 가지는 폴리카보네이트 렌즈의 사출 성형 및 약 1.9의 베이어 비율을 가지는 폴리카보네이트 렌즈의 기존의 하드코팅을 포함할 수 있다. 이러한 예시 실시예에서 제1 예시 실시예와 유사하게, 15밀 프리코팅된 폴리카보네이트 필름이 이용될 수 있다. 6-베이스 폴리카보네이트 렌즈는 프리코팅된 15밀 폴리카보네이트 필름이 프리코팅된 HF278 필름일 수 있다는 점을 제외하면, 제2 예시 실시예에서 설명된 것과 동일하거나 유사한 공정을 사용하여 생산될 수 있다. 내마모성 테스트는 약 1.9의 베이어 비율을 얻을 수 있고, 이는 제2 예시 실시예 포함된 렌즈 생산의 표준 방법에 비교할 때 약 100%의 개선을 보여준다.

제4 예시 실시예는 프리코팅된 폴리카보네이트 렌즈의 사출 성형을 포함할 수 있다. 이러한 예시 실시예에서, 샘플들은 폴리카보네이트 포토크로믹 라미네이트 샘플들에 적용된 추가적인 UV 경화 코팅을 사용하여 제조될 수 있다. UV 경화 코팅은 성형에서 코팅 강도 및 모듈러스(modulus)에 영향을 미치는 경화 정도를 더 잘 제어하기 위해 인하우스에서(예를 들어, 프리코팅되지 않음) 적용될 수 있다. 코팅된 필름은 1마이크로 두께의 코팅 수지(resin)를 사용할 수 있고, 이는 자외선으로 부분적으로 경화될 수 있고 열 경화 사이클(예를 들어, 섭씨 100도보다 큰) 또는 추가적인 UV 경화가 이어질 수 있다. 적용된 하드코팅은 약 0.2미크론의 프라이머 레이어와 함께 약 2미크론의 두께를 가질 수 있다. 하드코팅은 성형된 렌즈에 적용될 수 있다(라미네이트 포함 또는 미포함).

하드코트만 있는 실시예의 베이어 테스트는 약 3.1의 베이어 비율을 얻을 수 있다. 라미네이트 상에 웨이퍼 코팅만 있는 실시예(예를 들어, 렌즈에 성형된)의 베이어 테스트는 약 1.3의 베이어 비율을 얻을 수 있다. 라미네이트 상에 하드코팅 및 웨이퍼 코팅이 있는 실시예의 베이어 테스트는 약 5.6의 베이어 비율을 얻을 수 있다. 이러한 세 가지 실시예들에서, 크로스해치 접착 테스트를 통과할 수 있다.

웨이퍼 코팅 자체는 약간의 기본적인 내마모성을 제공하는 것으로 보일 수 있다. 그러나, 하드코팅과 결합은 웨이퍼 코팅만을 사용하는 것과 하드코팅만을 사용하는 것을 포함하여, 그 베이어 마모 값을 크게 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 예시 실시예들의 효능은 내마모성 개선에 대한 효능을 명확하게 설명했다.

제5 예시 실시예는 피쳐 복제를 설명할 수 있다. 일련의 렌즈들은 패턴화된 몰드로부터 렌즈 형상을 비교하기 위해 코팅된 필름을 포함하고 및 포함하지 않고 제조될 수 있다. 코팅된 필름은 상기 예시 실시예의 필름과 일치할 수 있다. 몰드 패턴은 몰드 인서트의 베이스 커브보다 곡률이 더 큰 독립적인 섬 형상의 영역들의 배열(즉, "렌즈렛(lenslet)")을 개시하고 그 전체는 참조로서 여기에 통합되는, 미국 특허 제11,397,335호에 도시 및/또는 설명된 것과 유사할 수 있다.

렌즈렛은 약 0.75미크론의 높이와 약 0.98mm의 전형적인 공칭 직경을 가질 수 있다. 코팅된 필름은 약 1미크론 두께의 코팅 수지를 사용할 수 있고, 이는 자외선으로 부분적으로 경화될 수 있고 열 경화 사이클(예를 들어, 섭씨 100도보다 큰) 또는 추가적인 UV 경화가 이어질 수 있다. 성형된 렌즈의 형상은 Zygo Nuview와 같은 간섭계(interferometer)를 사용하여 측정될 수 있다.

이러한 예시 실시예의 결과들이 도 6에 도시되어 있고, "Fit R Seg Dia Ave"는 마이크로렌즈 직경을 나타내고 "Fit R Seg Height Ave"는 평균 마이크로렌즈 높이를 나타내고, "Calib Fit R Defocus"는 마이크로렌즈 굴절력을 디옵터로 나타내고, "Base Curve"는 역시 디옵터로 측정된 렌즈의 유효 베이스 커브를 나타낸다. p-값(p-Value)은 단일 요인 분산(ANOVA) 테스트로부터 코팅된 라미네이트가 있는 렌즈 및 없는 렌즈의 비교를 나타낼 수 있다.

직경 및 높이는 p-값에 기초하여 통계적으로 동일할 수 있지만, 디옵터로 표현된 커브 파워는 통계적으로 상이할 수 있다. 그러나, 결과들 사이의 임의의 편차는 작고, 필요한 경우 인서트 설계를 수정하여 쉽게 보상될 수 있다. 성형 후 렌즈들은 렌즈에 통합된 후 라미네이트 표면 상에 코팅에 균열이나 손상의 흔적을 보이지 않을 수 있고 깨끗하게 유지될 수 있다. 따라서, 도 6에 도시되는 바와 같은 데이터를 결합하면 프리코팅된 라미네이트의 사용이 여전히 최종 렌즈 형상에서 패턴화된 표면들의 복제를 가능하게 하면서 렌즈의 내마모성을 개선하는 능력을 가짐을 명확하게 보여준다.

비록 본 발명은 특정한 실시예들 및 애플리케이션들의 측면에서 설명되었지만, 당업자는 본 교시에 비추어 청구된 발명의 범위를 넘어서거나 발명의 사상을 벗어나지 않고 추가적인 실시예들 및 변형들을 생성할 수 있다. 따라서, 본 문서에서 도면들 및 설명들은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 예시의 방법으로 제공된 것이고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것임을 이해해야 한다.

Claims (20)

1. 개선된 내마모성을 가지는 패턴화된 렌즈를 형성하는 방법에 있어서,
   베이스 렌즈를 제공하는 단계;
   상기 베이스 렌즈의 전면 상에 필름 또는 시트를 형성하는 단계;
   상기 필름 또는 시트에 코팅을 적용하는 단계;
   사출 성형 공정을 적용하는 단계; 및
   상기 코팅에 하나 이상의 피쳐들을 복제하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 렌즈는 폴리카보네이트로 구성되는, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 필름 또는 시트는 상기 사출 성형 공정 전에 상기 코팅으로 프리코팅되는, 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코팅은 완전히 경화되지 않은 재료로 형성되는, 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 코팅을 경화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 필름 또는 시트는 폴리카보네이트로 구성되는, 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 코팅은 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅으로 구성되는, 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 코팅은 실록산, 아크릴레이트, 및 우레탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 필름 또는 시트에 상기 코팅을 적용하는 단계 후에 상기 코팅을 광 경화 공급원에 노출시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 광 경화 공급원은 낮은 조사량의 UV, LED, 또는 가시광선 공급원으로 구성되는, 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 피쳐들은 하나 이상의 마이크로렌즈들을 포함하는, 방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 필름 또는 시트의 두께는 0.1-2.0밀리미터 사이이고,
    상기 코팅의 두께는 0.5-20미크론 사이인, 방법.
13. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 렌즈 및 상기 필름 또는 시트는 각각 나일론 재료로 구성되는, 방법.
14. 제1항에 있어서,
    상기 필름 또는 시트에 상기 코팅을 적용하는 상기 단계는, 용매를 포함하는 액체를 상기 필름 또는 시트에 적용하는 단계 및 코팅 레이어를 형성하기 위해 용매를 포함하는 상기 액체가 증발하도록 하는 단계로 구성되는, 방법.
15. 개선된 내마모성을 가지는 패턴화된 렌즈를 형성하는 방법에 있어서,
    베이스 렌즈를 제공하는 단계;
    상기 베이스 렌즈의 전면 상에 필름 또는 시트를 형성하는 단계;
    상기 필름 또는 시트에 제1 코팅을 적용하는 단계;
    사출 성형 공정을 적용하는 단계;
    상기 제1 코팅에 제2 코팅을 적용하는 단계; 및
    상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅에 하나 이상의 피쳐들을 복제하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 코팅은 스핀 코팅을 통해 상기 제1 코팅에 적용되는, 방법.
17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 코팅의 두께는 상기 제1 코팅의 두께보다 더 작은, 방법.
18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅은 각각 내마모성 및/또는 내스크래치성 코팅으로 구성되는, 방법.
19. 제15항에 있어서,
    상기 필름 또는 시트는 웨이퍼로 구성되는, 방법.
20. 개선된 내마모성을 가지는 패턴화된 렌즈를 형성하는 방법에 있어서,
    폴리카보네이트로 구성되는 베이스 렌즈를 제공하는 단계;
    상기 베이스 렌즈의 전면 상에 필름 또는 시트를 형성하는 단계;
    상기 필름 또는 시트에 제1 내마모성 코팅을 적용하는 단계;
    상기 제1 내마모성 코팅을 광 경화 공급원에 노출시키는 단계;
    사출 성형 공정을 적용하는 단계;
    상기 사출 성형 공정을 적용한 후에 상기 제1 내마모성 코팅에 제2 내마모성 코팅을 적용하는 단계; 및
    상기 제1 내마모성 코팅 및 상기 제2 내마모성 코팅에 하나 이상의 마이크로렌즈들을 복제하는 단계를 포함하는, 방법.