KR920001277B1 - 합성 수지제 광학부품의 반사방지막 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

합성 수지제 광학부품의 반사방지막 제조 방법

제1도는, 본 발명의 반사방지막 제조방법에 의해 합성 수지제 광학부품상에 형성한 반사방지막의 제1실시예를 나타내는 단면도,

제2도는, 본 발명의 방법을 실시하기 위해 사용되는 진공증착장치의 일예를 나타내는 도면,

제3도는, 본 발명의 방법의 제1실시예에 의해 형성한 반사방지막의 분광 반사율의 특성도.

제4도는, 본 발명의 방법의 제2실시예에 의해 형성한 반사방지막의 분광 반사율의 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 합성수지제 광학부품 2 : SiO 피막

3 : SiO₂피막 4 : 진공챔버(chamber)

5 : 저항가열전극 6 : 저항가열 용융포트

7 : 전자총 증발원 8 : 하스라이너

9 : 회전돔(dome) 10 : 진공 배기계

본 발명은, 합성수지제의 광학부품상에 형성되는 반사방지막의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 합성수지제의 광학부품상에 반사방지막을 제조하는 방법으로서는 일본국 특개소 53-306호 공보에 제안되어 있는 방법이 있다.

상기 반사방지막의 제조방법은, 합성수지제 광학부품상에 진공도, 증착속도, 기류의 증착조건에 의해 굴절율이 변화하는 SiO를 증착조건을 변경하여 증착하고, 높은 증착층과 낮은 증착층을 형성하는 방법이다. 즉, 고진공(5×10^-5∼8×10^-6Torr)중에서, 증착물질 SiO를 증발시켜 120℃이하로 유지한 기판상에 SiO를 9∼25Å/초의 증착속도로 급속히 증착시키므로서 굴절율이 높은(n=1.52∼1.80) SiO 피막을 nd=λ/4 또는 λ/2(λ=530mm)형성하고, 이어서, SiO 피막상에 산소기류(2×10^-4∼7×0^-5Torr)중에서, 증착물질 SiO를 2.5∼6.7Å/초의 증착속도로 서서히 증착시키므로서 굴절율이 낮은(n≒1.46) SiO₂피막을 nd=λ/4의 두께로 증착해서 반사방지막을 합성수지제의 기판상에 형성하고 있다. 그리하여, 실시예에 있어서 기판에 디에틸렌글리콜 비스아릴 카보네이트(CR-39)를 사용하여, 기판을 80℃로 가열하면서 상기 증착을 행하는 예를 들고 있다.

종래의 반사방지막의 제조방법에 있어서는, 내구성, 광학 특성에 있어서 사출성형 아크릴 수지제 광학부품에 대하여, 상기의 피막조성 조건을 직접 이용할 수 없는 문제점이 있었다.

즉, CR-39의 경우, 대기중에서의 내열성은 100∼120℃가 최대 온도이지만, 열화를 고려하면 100℃가 한계이며, 한편, 광학성능상의 형상정밀도 유지를 고려하면, 안경렌지의 범위에서는 80℃로 가열해서 피막을 형성해도 광학성능을 유지할 수 있지만, 광학기기의 광학부품의 형상정밀도를 유지하기 위해서는 60℃가 한계이다.

또한, 피막의 응력에 의한 형상변화를 고려하면 기판(CR-39)를 가열해서 증착하는 일이 불가능한 경우가 있고, 상온(20∼30℃)에서 피막을 형성하는 것을 기본으로 하고 있다. 따라서, 기판을 80℃로 가열해서 피막을 형성한 경우, 가열에 의한 기판의 열화와 피막에 의한 응력 때문에 기판의 변형이 생기는 문제점이 있었다. 또한, 가열피막 형성에 의해 기판과 피막과의 선팽창율의 차이가 커져서, 피막의 갈라짐이 초기성능 시점에서 발생함과 아울러 밀착성, 내찰과상성이 저하하는 내구성상의 문제점이 있었다.

한편, 광학 특성으로서의 분광반사율 특성에 있어서도, 극단적인 V코트(coat)특성 때문에, 중심파장(λ=530nm)에서의 반사율은 대단히 낮지만, 마젠타(magenta)색이 현저하여, 청(λ=400nm), 적(λ=400nm)의 반사율이 높게되어 투과율이 저하한다. 따라서, 특히 광학설계상, 색의 균형을 고려하면 상기 반사 방지막으로서는 사용하기 어렵고, 또 기판자체의 반사율이 높아질수록 상기 반사방지막은 설계상 제한을 받게 된다. 따라서, 증착조건에 이해 굴절율이 변화하는 SiO를 증착물질로 사용해서, 기판상에 굴절율이 높거나 또는 굴절율이 낮은 증착층을 증착조건을 변화시켜서 피막을 형성하는 것은 특성재현성 및 생산성의 면에서 볼 때 대단히 어려운 반사방지막의 제조방법이 된다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 기판가열에 의한 기판변화를 방지함과 아울러, 내구성을 향상시키고, 또한, 광학 특성으로서의 분광 반사율을 저하시킬 수 있는 합성수지제 광학부품의 반사방지막 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 합성수지제 광학부품의 표면상에, 상온(20∼30℃) 및 산소를 도입하지 않은 일정한 고진공내에서 일정한 증착속도에 의해 SiO 피막을 nd=0.075∼0.043λ(λ=400∼700nm)로 형성하고, 상기 Sio 피막상에 SiO₂피막을 nd=0.43∼0.26λ로 형성하는 것이다.

본 발명의 방법에 의하면, 증착재료와 광학부품과를 진공챔버(chamber)내의 소정위치에 놓고, 광학부품의 표면상에 SiO 피막을 형성해서 반사방지막을 기본으로 하고, 그후 SiO 피막상에 SiO₂피막을 형성해서 반사방지막의 기본적 특성을 부여하는 것으로서, 그러한 Sio 피막, SiO₂피막의 형성시에 증착조건을 동일하게하고, 증착중 증착조건을 항상 일정하게 유지해서 재현성이 좋은 피막형성을 행한다.

본 발명에 의하면, 상온(20∼30℃)에서 전혀 가열하지 않은 기류에서 피막이 형성되어 때문에, 렌즈의 형상변화, 피막응력에 의한 떨어짐의 발생이 방지되고 있다. 그런 경우, 약간의 복사열의 영향을 받았다고 해도, SiO 피막의 경우는 피막의 두께가 nd=30∼50nm이기 때문에 최대 약 10초로 피막형성이 완성되어 2∼30℃의 온도상승에 지나지 않고, 또 SiO₂피막의 경우에 있어서도 피막형성 시간은 2∼3분이기 때문에 4∼5℃의 온도상승으로, 그러한 온도상승이 있었다고 해도 상온인 30℃의 범위내에 있기 때문에, 기판번형, 피막의 내부응력에 복사열이 영향을 미치는 일은 거의 없다고 볼 수가 있다.

또한, SiO 피막은 nd=30∼50nm의 극히 엷은 층의 균질의 피막이 형성되기 때문에, 아크릴수지, 폴리카보네이트 수지와의 밀착성이 대단히 좋고, 또 λ=400∼700nm속에서 전체적으로 균일하게 반사율이 높고 낮음이 적고, 또한 낮은 분광반사율이 이루어짐과 동시에, 비정질성이며, 극히 엷은 층으로 형성되기 때문에, 열충격 시험에 대단히 강하고, 피막의 갈라짐을 방지할 수가 있다.

한편, SiO₂피막은 용융결정의 SiO₂를 증착물질로 해서 피막이 형성되어 있고, 벌크(bulk)의 시점에서부터 굴절율 η≒1.47이기 때문에, SiO의 피막형성과 동일한 증착조건으로 증착할 수가 있어서 양호한 재현성을 꾀할 수 있을뿐더러, 석영이기 때문에 대단히 단단하고, 하드코트(hard coat)피막으로서 내찰과상성의 효능을 얻을 수가 있다.

이하, 도면을 사용하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

[제1실시예]

본 실시예에서는, 제1도에 나타내는 바와 같이, 광학부품으로서 아크릴 수지렌즈(n=1.49)(1)을 사용하여, 여기에 제2도에 나타내는 장치를 사용해서 제1층에 SiO 피막(2)를 형성하고, 제2층에 SiO₂피막(3)을 형성했다. 즉, 제2도의 장치의 진공챔버(4)내의 저항가열전극(5)에 부착된 저항가열용 용융포트(port)(6)에 과립상의 SiO를 넣고, 용융결정의 SiO₂를 전자총 증발원(7)의 하스라이너(8)에 넣는다.

다른 한편, 아크릴 수지렌즈(1)을 회전돔(9)에 부착시킨다. 이어서, 진공챔버(4)내를 진공배기계(10)에 의해 8×10^-6Torr이하의 진공도에 도달할때까지 배기한다. 소정의 진공도에 도달하면, 회전돔(9)를 회전시키면서, 상온(20∼30℃)에서 저항가열 용융포트(6)의 SiO를 증발시켜 아크릴수지렌즈(1)의 표면에 광학적 피막두게 nd=30nm의 SiO 피막(2)를 형성한다.

그러한 SiO 피막(2)를 형성함에 있어서, 증착속도는 쿼츠모니터(quartz monitor)에 의해 모니터 콘트롤(monitor control)해서 15∼20Å/초로 일정하게 하고, 진공챔버(4)내에 O₂등의 가스도입을 전혀안한 상태로 진공도의 재현성을 유지하기 위해 상기 8×10^-6Torr의 진공도로부터 1×10^-5Torr이하의 항상 일정한 진공도를 유지해서 증착을 행하고 nd-0.075×0.43λ(λ=400∼700nm), 굴절율 n=1.8의 균질한 극히 엷은 피막을 형성한다. 다음에, 진공챔버(4)내의 진공배기를 행하고, 8×0^-6Torr이하의 소정의 진공도에 도달하면, 상온(20∼30℃)에서 SiO₂를 전자 총증발원(7)의 작동에 의해 하스라니어(8)에서 용융증발시켜, SiO₂피막(3)을 Sio 피막(2)상에 광학적 피막두께 nd=180nm로 형성한다. 그러한, SiO₂피막(3)의 형성에 있어서, 상기 SiO피막(2)의 형성과 같이 15∼20Å/초의 증착속도로, 진공챔버(4)내에 O₂등의 가스를 전혀 도입하지 않고, 진공도를 1×10^-5Torr이하로 항상 일정하게 유지하고 증착을 행하여, nd=0.425∼0.257λ(λ=400∼700nm), 굴절율 n=1.47의 피막을 형성한다. 증착완료후, 10분간 서서히 냉각시켜, 진공챔버(4)내를 대기압으로 하고, 진공챔버(4)내로부터 소망하는 반사방지막이 형성된 아크릴 수지렌즈(1)을 꺼낸다.

이렇게 해서 얻은 반사방지막은 제3도의 곡선(A)로 표시하는 바와 같은 분광반사율 특성을 갖고, 파장 λ=490nm로 최저 약 1.4%의 분광반사율을 나타내고, -30℃, 상온(20∼30℃), 80℃의 사이클을 반복 10의 행한 열충격 시험후에 있어서도 곡선(B)로 나타내는 바와 같은 분광반사율 특성을 나타냈다. 즉, 제1층의 SiO 피막(2)를 고진공중에서 굴정율 n=1.8의 균질한 극히 엷은 피막으로 하므로서 λ=400∼700nm중에서 중심파장과 양쪽끝의 파장 사이에서 반사율에 가까운 것을 얻을 수 있음과 아울러, 비정질성의 SiO를 얻을 수 있어, 열충격시험후에 있어서도 초기성능화 같이 피막갈라짐이 발생하지 않는 열충격에 강한 반사방지막을 얻었다.

또, SiO 피막과 SiO₂피막과의 2층구조로된 반사방지막에 대한 피막 갈라짐, 재현성, 내찰과상성 및 아크릴수지 렌즈에의 밀착성을 평가해서 제1표에 나타내는 바와 같은 결과를 얻었다. 비교하기 위해, 종래의 방법에 의해 형성한 SiO 피막과 SiO₂피막과의 2층구조도 같은 평가를 행하였다. 즉, SiO 피막의 성형 조건으로서 굴절율이 크고 적게 변화하는 온도, 증착속도, 진공도 및 피막두께(λ/4∼λ/2)의 조건을 피막형성중에 변화시키지 않고, 항상 일정하게 유지함과 아울러, Sio₂피막에 대해서도 본래 n≒1.47이기 때문에, SiO 피막과, 동일한 피막형성 조건으로 피막을 형성해도 n=1.47이 항상 얻어지고, 재현성이 뛰어난 분광반사율을 얻을 수가 있었다.

또한, 내찰과상성은 반사방지막의 표면을 세정용 헝겊으로 200g의 중력의 부하하면서 왕복 10회 문질러서 상처발생 유무를 관찰하므로서 평가하고, 밀착성은 폭 18mm의 셀로판 테이프의 한쪽끝을 렌즈와 45°의 각도로 해서 단번에 잡아 떼어서 피막이 떨어져 내간 상태를 관찰하므로서 이를 평가했다.

[표 1]

[제2실시예]

본 실시예에서는, 광학부품으로서 폴리카보네이트 수지렌즈(n=1.58)를 사용하고, 상기 제1실시예와 동일한 피막형성 조건으로 같은 방법으로 폴리카보네이트 렌즈의 표면상에 nd=50nm, n=1.8의 극히 엷은층의 SiO 피막을 형성하고, SiO 피막상에 nd=150mm, n=1.47의 SiO₂피막을 형성했다. 이렇게 해서 얻은 반사방지막은 제4도의 곡선(C)로 나타내는 바와 같은 분광반사율 특성을 갖고, 파장 λ=490nm로 최저 약 0.8%의 분광반사율을 나타내고, 상기와 같은 열충격 시험후에도 곡선(D)로 나타내는 바와 같은 분광반사을 특성을 나타냈다. 또, 피막의 갈라짐, 재현성, 내찰과상성 및 밀착성을 평가해서 상기 표 1에 나타내는 바와같이 상기 제1실시예와 같이 양호한 결과를 얻었다.

또한, 내찰과상성, 밀착성의 평가는 상기 제1실시예와 같은 방법으로 행하였다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 상온에서 피막을 형성하고 있기 때문에 기판변화, 피막응력 변화를 방지할 수가 있고, 형상의 정밀도를 향상시킬 수가 있다.

또한, 증착조건을 항상 일정하게 유지하고 증착하고 있기 때문에, 초기성능으로서의 광학특성, 그리고 그 재현성이 양호하고, 더구나 내구성이 향상됨과 아울러, 내구성능으로서, 열충격 시험후에도 광학특성 피막의 갈라짐, 밀착성, 내찰과상성이 양호한 2층구조의 반사방지막을 형성할 수가 있다.

Claims (1)

1. 합성수지제 광학부품의 표면상에, 상온(20-30℃) 및 산소를 도입하지 않은 일정한 고진공내에서 일정한 증착속도에 의해 SiO 피막을 nd=0.075-0.043λ(λ=400-720nm)로 형성하고, 상기 SiO 피막상에 SiO₂피막을 nd=0.43-0.26λ로 형성하는 것을 특징으로 하는 2층막 구조의 합성수지제 광학부품의 반사방지막 제조방법.

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