WO2017014566A1 - 렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리 - Google Patents

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hydrophilic
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노진미
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이영재
이종혁
이현지
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    • G02B7/023—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses permitting adjustment

Definitions

  • the present invention relates to a lens, and more particularly to a lens and a lens assembly including the coating layer formed on the surface.
  • the lens disposed at the outermost part of the lens assembly included in the camera module is exposed to the external environment.
  • the optical characteristics of the camera module may be deteriorated due to rain, fog, light reflection, dust, etc., or the field of view may be insufficiently secured.
  • Hydrophilic coating of the lens surface of the camera module can solve problems such as light scattering, frost, fog, contamination, and image distortion.
  • the hydrophilic solution when the hydrophilic solution is to be coated on the lens surface, the hydrophilic solution is not easily coated due to the surface resistance of the lens. In addition, even when the coating is low, the bonding strength between the lens surface and the hydrophilic coating layer is low, so that the hydrophilic coating layer is easily worn or detached, and there is a problem that it is difficult to obtain superhydrophilic properties.
  • a lens according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a first hydrophilic coating layer formed on the substrate and including a polymer having a hydrophilic functional group.
  • the substrate and the first hydrophilic coating layer may be covalently bonded.
  • the substrate and the first hydrophilic coating layer may be covalently bonded by O of the substrate and Si or C of the first hydrophilic coating layer.
  • the hydrophilic functional group may be selected from the group consisting of hydroxyl group, amino group and epoxy group.
  • the polymer having a hydrophilic functional group may have a molecular weight of 70,000 to 120,000.
  • first hydrophilic coating layer It is formed on the first hydrophilic coating layer, it may further include a second hydrophilic coating layer containing inorganic particles.
  • At least a portion of the inorganic particles of the second hydrophilic coating layer may be present between the polymer of the first hydrophilic coating layer.
  • the inorganic particles may include Si.
  • the inorganic particles may further include at least one selected from the group consisting of Sn, Ti, W, K, P, and Zn.
  • the surface of the substrate can be etched.
  • the first hydrophilic coating layer may be combined with activated oxygen on the surface of the substrate.
  • the surface of the substrate may be etched by plasma treatment.
  • the plasma treatment may be performed in at least one of argon and oxygen atmosphere, vacuum oxygen atmosphere, and compressed air atmosphere.
  • the thickness of the first hydrophilic coating layer may be 1nm to 100nm.
  • a lens assembly includes a housing, a lens received in the housing, and a retainer coupled to one end of the housing and supporting the lens, wherein the lens is formed on the substrate and the substrate. And a hydrophilic coating layer comprising a polymer having a hydrophilic functional group.
  • the lens and the lens assembly according to the embodiment of the present invention have super-hydrophilic characteristics, high wear resistance, and can stably secure optical characteristics and a field of view even in an external environment such as rain or fog.
  • FIG. 1 is an exploded view of a lens assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic view of a lens hydrophilically coated with a brush type polymer according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is an example illustrating the hydrophilic coating method of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a SEM photograph of the lens surface coated according to the method of FIG. 4.
  • FIG. 6 is another example showing the hydrophilic coating method of FIG.
  • FIG. 7 is an SEM photograph of the lens surface coated according to the method of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a schematic view of a lens hydrophilically coated with a ladder type polymer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the hydrophilic coating method of FIG. 8.
  • FIG. 10 is an SEM of the lens surface coated according to the method of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a view for comparing the hydrophilic characteristics of the lenses according to Comparative Examples II-1 to II-3 and Example II
  • FIG. 12 is an inner view of the lenses according to Comparative Examples II-1 to II-3 and Example II
  • 13 is a diagram for comparing wear characteristics
  • FIG. 13 is an SEM of a lens according to Comparative Examples II-2 to II-3 and Example II.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a lens according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a hydrophilic coating method of the lens according to FIG. 14.
  • FIG. 16 illustrates a surface of a substrate in accordance with an embodiment of the present invention.
  • 17 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a lens having a hydrophilic coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 20 to 23 show screens photographed with lenses manufactured according to Examples IV-1 to IV-4. Indicates.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • FIG. 1 is an exploded view of a lens assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the lens assembly 100 is coupled to a housing 110, a lens 120 accommodated in the housing 110, and one end of the housing 110, and a retainer supporting the lens 120. , 130).
  • the lens 120 may include a plurality of lenses sequentially arranged from an object side to an image side.
  • Each lens may have a positive refractive power or a negative refractive power, and may have a convex surface, a concave surface, or a meniscus shape.
  • the refractive power and surface shape of the plurality of lenses may be variously combined according to the required focal length and the like.
  • the lens assembly according to an embodiment of the present invention may be included in a camera module, for example, a vehicle camera module.
  • the camera module may include a lens assembly, a filter, an image sensor, and a printed circuit board according to an embodiment of the present invention.
  • a filter, an image sensor, and a printed circuit board may be sequentially disposed at the rear of the lens assembly. That is, an image sensor may be mounted on the printed circuit board, and a filter may be formed on the image sensor.
  • the image sensor may be connected to the printed circuit board by a wire.
  • the image sensor may be, for example, a charge-coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) sensor.
  • the filter may be an IR (Infrared) filter.
  • the filter may block near infrared light, for example, light having a wavelength of 700 nm to 1100 nm from light incident in the camera module.
  • one of the lenses arranged closest to the object side among the plurality of lenses has one surface exposed to the outside.
  • the optical characteristics of the camera module may be deteriorated or the field of view may be insufficient.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a lens according to an embodiment of the present invention.
  • the lens 120 includes a substrate 122 and a hydrophilic coating layer 124 formed on the substrate 122 and including a polymer having a hydrophilic functional group.
  • the substrate 122 may be glass or plastic, and the hydrophilic functional group included in the polymer may be selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), an amino group (-NH 3 ), and an epoxy group.
  • the hydrophilic coating layer 124 includes a polymer having a hydrophilic functional group, the surface of the lens 120 may have wettability or hydrophilicity.
  • the hydrophilic coating layer 124 may have superhydrophilic characteristics. Accordingly, when water is dropped on the surface of the lens 120, that is, the hydrophilic coating layer 124, the contact angle may be maintained at 15 ° or less, preferably 10 ° or less, and more preferably 5 ° or less.
  • the contact angle means an angle formed by the interface between the water droplet and the substrate and the horizontal plane of the substrate when water is dropped onto the substrate.
  • the hydrophilic coating layer is formed from a hydrophilic coating solution containing a polymer having a hydrophilic functional group
  • the hydrophilic coating solution may further include at least one of a nonionic surfactant and a solvent.
  • the substrate 122 and the hydrophilic coating layer 124 may be covalently bonded to each other.
  • the substrate 122 and the hydrophilic coating layer 124 may be covalently bonded by, for example, O of the substrate 122 and Si or C of the hydrophilic coating layer 124.
  • the surface of the substrate 122 may be plasma treated, halogenated alkyl treatment or acid salt treatment to activate the hydroxyl group (—OH). Accordingly, since the bonding force between the substrate 122 and the hydrophilic coating layer 124 is stronger, durability and wear resistance may be increased.
  • the thickness of the hydrophilic coating layer 124 may be 1nm to 100nm, preferably 2nm to 10nm. If the thickness of the hydrophilic coating layer 124 is less than 1 nm, the hydrophilic coating layer 124 easily wears out, and the hydrophilic property may be deteriorated. Accordingly, the reliability of the camera module may be lowered. On the other hand, when the thickness of the hydrophilic coating layer 124 exceeds 100nm, since the bonding force between the surface of the substrate 122 and the hydrophilic coating layer 124 may be lowered, the hydrophilic coating layer 124 may be peeled off, which may result in deterioration of the hydrophilic property.
  • FIG. 3 is a schematic view of a lens hydrophilically coated with a brush type polymer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an example of the hydrophilic coating method of FIG. 3
  • FIG. 5 is a method of FIG. 4.
  • SEM image of the lens surface coated according to Figure 6 is another example showing the hydrophilic coating method of Figure 3
  • Figure 7 is a SEM image of the lens surface coated according to the method of FIG.
  • the comb-tooth shaped polymer including the hydrophilic functional group 124-1 is bonded onto the substrate 122.
  • the surface of the substrate 122 is cleaned and then activated.
  • a plasma treatment, an alkyl halide treatment, or an acid group treatment may be performed.
  • Plasma treatment, halogenated alkyl treatment or acid salt treatment on the substrate 122 activates the hydroxyl group (-OH) on the surface of the substrate 122.
  • a polymer having a hydroxyl group (—OH) is added to the surface of the substrate 122, the hydroxyl group included in the polymer reacts with the activated hydroxyl group on the surface of the substrate 122. And the polymer can be covalently bonded.
  • the polymer has a hydrophilic functional group (-R).
  • the hydrophilic functional group may be selected from the group consisting of, for example, hydroxyl group, amino group and epoxy group.
  • the substrate 122 is cleaned and then activated.
  • a plasma treatment, an alkyl halide treatment, or an acid group treatment may be performed.
  • a monomer having a hydrophilic functional group (-R) is added on the surface of the substrate 122, the monomer binds on the surface of the activated substrate 122.
  • a monomer having a hydrophilic functional group (-R)
  • the monomer binds on the surface of the activated substrate 122.
  • -Cl chloride
  • a monomer having a double bond is introduced on the surface of the activated substrate 122, -Cl is released while the double bond of the monomer is activated, and the monomer and the surface of the substrate 122 are bonded.
  • the monomer having a hydrophilic functional group can be polymerized to form a comb-type polymer.
  • the hydrophilic functional group may be selected from the group consisting of, for example, hydroxyl group, amino group and epoxy group.
  • FIG. 8 is a schematic view of a lens hydrophilically coated with a ladder type polymer according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view illustrating an example of the hydrophilic coating method of FIG. 8
  • FIG. 10 is of FIG. 9. SEM of the lens surface coated according to the method.
  • a ladder-type polymer including a hydrophilic functional group 124-1 is bonded on a substrate 122.
  • the substrate 122 is cleaned and then activated.
  • a plasma treatment, an alkyl halide treatment, or an acid group treatment may be performed.
  • Plasma treatment, halogenated alkyl treatment or acid salt treatment on the substrate 122 activates the hydroxyl group (-OH) on the surface of the substrate 122.
  • the radical having a hydrophilic functional group (-R)
  • the radical having an active hydroxyl group and a hydrophilic functional group reacts on the surface of the substrate 122. Since the radicals are highly reactive, the radicals may continuously grow on the surface of the substrate 122 to form a ladder polymer.
  • the hydrophilic functional group may be selected from the group consisting of, for example, hydroxyl group, amino group and epoxy group.
  • the hydrophilic coating layer is formed by monomer polymerization or the hydrophilic coating layer is formed by radical polymerization, as shown in FIGS. 6 to 10, since the bonding strength between the substrate and the hydrophilic coating layer and the density of hydrophilic functional groups in the hydrophilic coating layer are high, wear resistance and hydrophilic properties are high. Can be.
  • the contact angle, the transmittance, the contact angle after the abrasion resistance test, the contact angle after the heat resistance test, and the contact angle after the thermal shock test were measured according to Comparative Examples and Examples.
  • Comparative Example I is an example of forming a hydrophilic coating layer on the substrate according to the TiO 2 inorganic nano coating method
  • Example I-1 includes a hydroxyl group which is a hydrophilic functional group after activating the glass substrate as shown in FIG.
  • Example 1-2 is an example in which a hydrophilic coating layer is formed by activating a glass substrate as shown in FIG. 6 and then polymerizing a monomer including a hydroxyl group as a hydrophilic functional group.
  • Example 1-3 is an example in which a hydrophilic coating layer is formed by polymerizing a radical including a hydroxyl group, which is a hydrophilic functional group, after activating the glass substrate as in the method of FIG. 9.
  • the contact angle means an angle formed by the interface between the water droplet and the substrate and the horizontal plane of the substrate when water is dropped onto the substrate.
  • Example I-1 Example I-2
  • Example I-3 Contact angle 30 ⁇ or more 7 ⁇ 13 ⁇ 5 ⁇ 9 ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ Transmittance 91% or more 91% or more 91% or more 91% or more Contact angle after abrasion resistance test 30 ⁇ 50 ⁇ 15 ⁇ 22 ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 8-12 degrees Contact angle after heat resistance test 30 ⁇ or more 8-18 ° 7 ⁇ 12 ⁇ 7 ⁇ 10 ⁇ Contact angle after thermal shock test 30 ⁇ or more 15 ⁇ 25 ⁇ 7 ⁇ 11 ⁇ 8 ⁇ 15 ⁇
  • the polymer including a hydrophilic functional group may be a polymer hydrocarbon derivative or a silicone derivative having a hydrophilic functional group, and may include a polymer having a molecular weight of 70,000 to 120,000.
  • the molecular weight of the polymer constituting the hydrophilic coating layer 124 is smaller, the wear resistance is improved, but the hydrophilic property is lowered.
  • the molecular weight of the polymer is higher, the hydrophilic property is improved, but the abrasion resistance tends to be lowered. Therefore, in the embodiment of the present invention, by setting the molecular weight of the polymer constituting the hydrophilic coating layer 124 to 70,000 to 120,000, the contact angle on the hydrophilic coating layer 124 can be maintained while maintaining excellent wear resistance.
  • Table 2 according to the comparative examples and examples were carried out the contact angle, transmittance and wear resistance test of the lens according to the presence or absence of the hydrophilic coating layer on the surface and the molecular weight of the polymer forming the hydrophilic coating layer.
  • Comparative Example II-1 is an example in which a hydrophilic coating layer is not formed on the glass surface, and Comparative Example II-2 polymerizes a monomer including a hydroxyl group, which is a hydrophilic functional group, after activating the glass substrate, and has a molecular weight of more than 40,000 and less than 70,000.
  • Comparative Example II-3 is a result of forming a hydrophilic coating layer having a molecular weight of more than 120,000 to less than 170,000 by activating the glass substrate and then polymerizing a monomer including a hydroxyl group as a hydrophilic functional group.
  • II is a result of forming a hydrophilic coating layer having a molecular weight of 70,000 to 120,000 by polymerizing a monomer including a hydroxyl group as a hydrophilic functional group after activating the glass substrate.
  • FIG. 11 is a view for comparing the hydrophilic characteristics of the lenses according to Comparative Examples II-1 to II-3 and Example II
  • FIG. 12 is an inner view of the lenses according to Comparative Examples II-1 to II-3 and Example II
  • 13 is a diagram for comparing wear characteristics
  • FIG. 13 is an SEM of a lens according to Comparative Examples II-2 to II-3 and Example II.
  • the water contact angle is measured to 7 ° to 15 ° compared to Comparative Example II-2 compared to Example II, while the water contact angle is formed when the hydrophilic coating layer having a molecular weight of 70,000 to 120,000 Measured from 4 ° to 12 °.
  • Comparative Example II-3 when the molecular weight was less than 170,000 at more than 120,000, the moisture contact angle characteristics were determined to be similar to those of Example II. However, in the case of Comparative Example II-3, after abrasion resistance test, the water contact angle was measured to be 12 ° to 19 ° after 500 wear, and the water contact angle was 13 ° to 25 ° after 1000 wear, and after 1,500 wear The contact angle was measured at 19 ° to 28 °. That is, in the case of Comparative Example II-3 it can be seen that the moisture contact angle is very large with wear, which means that the hydrophilic properties of the lens is significantly lowered with wear.
  • Example II the wear contact test resulted in water contact angles of 5 ° to 12 ° after 500 wears, and water contact angles of 7 ° to 14 ° after 1000 wears, and water contact angles after 1,500 wears. This was measured at 8 ° to 16 °. That is, in Example II, it can be confirmed that the water contact angle hardly changed after the wear test 500 times, and that the change in the water contact angle was measured to be 5 ° or less even after 1,500 wear. This is a result indicating that excellent hydrophilic properties and wear resistance properties can be secured by setting the molecular weight of the polymer forming the hydrophilic coating layer to 70,000 to 120,000.
  • a second hydrophilic coating layer including inorganic particles may be further formed on the first hydrophilic coating layer including a polymer having a hydrophilic functional group.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a lens according to another embodiment of the present invention.
  • the lens 120 is formed of a substrate 122, a first hydrophilic coating layer 124 and a first hydrophilic coating layer including a polymer formed on the substrate 122 and having a hydrophilic functional group. And a second hydrophilic coating layer 126 formed on the 124 and including the inorganic particles.
  • the substrate 122 may be glass or plastic.
  • the hydrophilic functional group of the polymer included in the first hydrophilic coating solution forming the first hydrophilic coating layer may be selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), an amino group (-NH 3 ), and an epoxy group.
  • the surface of the lens 120 may have wettability or hydrophilicity.
  • the substrate 122 and the first hydrophilic coating layer 124 may be covalently bonded to each other.
  • the substrate 122 and the first hydrophilic coating layer 124 are covalently bonded by, for example, oxygen (—O—) of the substrate 122 and silicon (Si) or carbon (C) of the first hydrophilic coating layer 124.
  • oxygen (—O—) of the substrate 122 and silicon (Si) or carbon (C) of the first hydrophilic coating layer 124 can be.
  • the surface of the substrate 122 may be plasma treated, halogenated alkyl treatment or acid salt treatment to activate the hydroxyl group (—OH). Accordingly, since the bonding force between the substrate 122 and the first hydrophilic coating layer 124 is stronger, durability and wear resistance may be increased.
  • the thickness of the first hydrophilic coating layer 124 may be 1nm to 100nm, preferably 2nm to 10nm.
  • the first hydrophilic coating layer 124 may be easily worn, and the hydrophilic property may be deteriorated. Accordingly, the reliability of the camera module may be lowered.
  • the thickness of the first hydrophilic coating layer 124 exceeds 100nm, since the first hydrophilic coating layer 124 may be peeled off, the hydrophilic property may be deteriorated.
  • the inorganic particles included in the second hydrophilic coating layer 126 may include Si, and may further include at least one selected from the group consisting of Sn, Ti, W, K, P, and Zn.
  • Si may increase the hydrophilic property
  • Sn may have a stain resistance
  • Ti may have a self-cleaning function.
  • W can strengthen the strength
  • K and P can strengthen the moisture resistance characteristics
  • Zn can have an antistatic function.
  • At least some of these inorganic particles may be sandwiched between polymers of the first hydrophilic coating layer 124.
  • the first hydrophilic coating layer 124 including the polymer having a hydrophilic functional group is formed on the substrate 122, since the bonding force between the first hydrophilic coating layer 124 and the substrate 122 is high, wear resistance is excellent.
  • the second hydrophilic coating layer 126 including inorganic particles such as Si is formed on the first hydrophilic coating layer 124, hydrophilic properties are well maintained even in a high temperature and high humidity environment, and the second hydrophilic coating layer 126 is formed.
  • it further comprises at least one selected from the group consisting of Sn, Ti, W, K, P and Zn, it may further have a pollution resistance characteristics, self-cleaning characteristics, strength, moisture resistance characteristics and antistatic characteristics.
  • FIG. 15 shows a hydrophilic coating method of the lens according to FIG. 14.
  • a first hydrophilic coating layer 124 is formed on the surface of the substrate 122.
  • a method of forming the first hydrophilic coating layer 124 may refer to FIG. 4 and the like.
  • a second hydrophilic coating solution including inorganic particles, a nonionic surfactant, and a solvent is applied onto the first hydrophilic coating layer 124.
  • the inorganic particles may be silica nanoparticles.
  • the inorganic particles may further include at least one selected from the group consisting of Sn, Ti, W, K, P, and Zn.
  • the second hydrophilic coating layer 126 is formed on the first hydrophilic coating layer 124, the inorganic particles of the second hydrophilic coating layer 126 may be sandwiched between the polymer of the first hydrophilic coating layer 124.
  • the hydrophilic property of the second hydrophilic coating layer 126 since the hydrophilic property of the second hydrophilic coating layer 126 is added to the hydrophilic property of the first hydrophilic coating layer 124, it may exhibit superhydrophilic properties, and it may have pollution resistance, self-cleaning properties, strength, moisture resistance properties, and the like. It may further have functionality such as antistatic properties.
  • the contact angle, the transmittance, the contact angle after the wear resistance test, the contact angle after the high temperature and high humidity test, the contact angle after the heat resistance test, the contact angle after the heat resistance test, the contact angle after the thermal shock test, and the contact angle after the UV test were measured according to Comparative Examples and Examples. .
  • Comparative Example III-1 after activating the glass substrate, a hydrophilic coating layer was coated by applying a first hydrophilic coating solution containing 5 wt% of a polymer containing a hydroxyl group as a hydrophilic functional group, 15 wt% of a nonionic surfactant, and 80 wt% of water.
  • Comparative Example III-2 is an example of forming a hydrophilic coating layer by applying a second hydrophilic coating solution containing 5 wt% of silicone oil, 15 wt% of nonionic surfactant, and 80 wt% of water according to the inorganic nano coating method.
  • Example III after activating the glass substrate, a first hydrophilic coating solution containing 2 wt% of a silicone-based polymer including a hydroxyl group as a hydrophilic functional group, 15 wt% of a nonionic surfactant, and 83 wt% of water is coated with a first hydrophilic coating.
  • a second hydrophilic coating solution containing 2wt% silica nanoparticles, 15wt% nonionic surfactant and 83wt% water was applied according to the inorganic nano-coating method to form a second hydrophilic coating layer Serve
  • the contact angle was measured after spraying water on the surfaces of the lenses manufactured according to Comparative Examples III-1 to III-2 and Example III. Then, in order to compare the contact angles after the wear resistance test, using a cloth cloth of 100 ⁇ 5 mm length on the surface of the lenses manufactured according to Comparative Examples III-1 to III-2 and Example III for 1,500 times with a force of 4.9 N After abrasion, water was sprayed and the contact angle was measured. In order to compare the contact angles after the heat resistance test, the lenses manufactured according to Comparative Examples III-1 to III-2 and Example III were treated at -40 ° C and 80 ° C for 1000 cycles, and then sprayed with water to measure contact angles.
  • Comparative Example III-1 in which the surface of the lens was hydrophilically coated with only a hydrophilic coating solution containing a polymer having a hydrophilic functional group
  • Comparative Example III-2 in which the surface of the lens was hydrophilically coated with only a hydrophilic coating solution containing inorganic particles.
  • the surface of the lens was first hydrophilic coated, and then the contact angle was lower in Example III in which the surface of the lens was hydrophilically coated with the hydrophilic coating solution containing inorganic particles. It can be seen that it appears. Since the contact angle is the angle at which the water dropped on the surface of the lens is spread, the lower the angle, the better the hydrophilic property. Accordingly, it can be seen that the hydrophilic property is better in Example III than in Comparative Examples III-1 to III-2.
  • Example III the contact angle after the abrasion resistance test, the contact angle after the high temperature and high humidity test, the contact angle after the heat resistance test, the contact angle after the thermal shock test, and the contact angle after the UV test are lower than Comparative Examples III-1 to III-2. It can be seen that the bonding strength of the hydrophilic coating layer is higher than that of Examples III-1 to III-2, and is strong at high temperature, high humidity, and UV.
  • the substrate on which the hydrophilic coating layer is formed may have an etched surface.
  • FIGS. 1 to 15 illustrates a surface of a substrate in accordance with an embodiment of the present invention. The same contents as in FIGS. 1 to 15 will be omitted.
  • the substrate 122 may have an etched surface.
  • the etched surface of the substrate 122 can be obtained by plasma treating the substrate 122.
  • the surface of the substrate 122 may be unevenly etched as shown in FIG. 16, and the hydroxyl group (—OH group) on the surface of the substrate 122 may be activated.
  • the bonding force with the hydrophilic coating solution is high, so that the hydrophilic performance of the lens is high and the wear resistance is high.
  • the marking contact angle at which the water spreads may be maintained at 10 ° or less, preferably 5 ° or less.
  • the angle at which water spreads on the surface of the lens 120 is 10 ° or less, it has superhydrophilic characteristics, so that a clear field of view may be secured even in an environment such as rain or fog.
  • 17 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a lens having a hydrophilic coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • a plasma treatment is performed (S110).
  • the substrate 122 may be, for example, glass or plastic.
  • Plasma treatment may be performed at atmospheric or vacuum conditions.
  • the plasma treatment may be performed in at least one of argon and oxygen atmosphere, vacuum oxygen atmosphere, and compressed air atmosphere.
  • the surface of the substrate 122 is etched and the hydroxyl group (—OH) on the surface of the substrate 122 is activated.
  • the surface of the substrate 122 is coated with a hydrophilic coating solution (S120).
  • the coating may be applied by a technique such as dip-coating, spray coating, hand coating, or the like.
  • the hydrophilic coating solution may include a polymer having a hydrophilic functional group.
  • the hydrophilic functional group may be selected from the group consisting of hydroxyl group, amino group and epoxy group.
  • the hydrophilic coating solution may further include at least one of a nonionic surfactant and a solvent.
  • the hydrophilic coating liquid may include an organic-inorganic oxide.
  • the organic-inorganic oxide may be an oxide including an element selected from the group consisting of Si, K, P, Na, Al, Li, Sn and Pt.
  • the organic or inorganic oxide may be silicone oil.
  • the hydrophilic coating solution may further include at least one of a nonionic surfactant and a solvent.
  • the solvent may be water or an alcohol solvent.
  • the surface of the substrate is subjected to plasma treatment and then coated with a hydrophilic coating solution
  • the bonding strength between the hydrophilic coating solution and the surface of the substrate is high, water droplets and dust do not adhere well to the surface of the lens, and fog does not easily occur. Clear vision can be secured.
  • the hydrophilic coating solution contains an inorganic oxide, the adhesion between the surface of the substrate and the hydrophilic coating solution can be increased.
  • the contact angle, the transmittance and the abrasion resistance test of the lens having a hydrophilic coating layer formed on the surface were measured as comparative examples and examples depending on the plasma treatment of the glass surface.
  • Comparative Example IV-1 is an example in which a hydrophilic coating layer was not formed on the glass surface
  • Comparative Example IV-2 is an example in which a hydrophilic coating layer was formed on a substrate without pretreating the glass surface.
  • plasma treatment of 15-20 l / min N 2 gas was performed once at a rate of 5 mm at a speed of 100-200 mm / sec using 600-900 W plasma equipment. It is an example of forming a hydrophilic coating layer by a spray process.
  • Example IV-2 cleans the glass surface, and then plasma treatment of compressed air once or twice at a height of 5 to 15 mm at a speed of 100 to 200 mm / sec using a 900 W plasma equipment and then spraying the hydrophilic coating layer by a spray process.
  • Example IV-3 is an example in which a hydrophilic coating layer is formed by a spray process after cleaning a glass surface, performing plasma treatment in a vacuum chamber using a 300-400W plasma apparatus.
  • Example IV-4 after cleaning the glass surface, the mixture was mixed with 15 to 20 l / min of argon (Ar) and 20 to 100 ml / min of oxygen (O 2 ) gas using a 400 to 500 W plasma apparatus.
  • a hydrophilic coating layer is formed by spraying after plasma treatment once at a height of 4 to 5 mm at a speed of 20 mm / sec.
  • the hydrophilic coating solution for forming the hydrophilic coating layer contained 5wt% silicone oil, 15wt% nonionic surfactant and 80wt% water, the thickness of the hydrophilic coating layer was formed to 3nm.
  • Table 4 shows the contact angles, the transmittance and the wear resistance tests of the lenses manufactured according to Comparative Examples IV-1 to IV-2 and Examples IV-1 to IV-4, and FIGS. 18 to 19 show Comparative Examples IV-1 to 20A to 23B illustrate screens photographed by the lenses manufactured according to IV-2, and FIGS. 20 to 23 illustrate screens photographed by the lenses manufactured according to Examples IV-1 to IV-4.
  • Example IV-4 the contact angles of Examples IV-1 to IV-4 in which the surface of the lens was not hydrophilically coated or hydrophilically coated without plasma treatment were compared with Comparative Examples IV-1 to IV-2. And it can be seen that the contact angle appears higher after the wear test. Since the contact angle is the angle at which the water dropped on the surface of the lens is spread, the lower the angle, the better the hydrophilic property. Accordingly, it can be seen that the hydrophilic properties are better in Examples IV-1 to IV-4 than Comparative Examples IV-1 to IV-2. In addition, in Example IV-2 in which plasma treatment was performed with compressed air, Example IV-3 in which plasma treatment was performed by vacuum oxygen, and Example IV-4 in which plasma treatment was performed by argon and oxygen gas, the contact angle of moisture was 10 ° or less.
  • the water contact angle after the wear test is also 15 degrees or less.
  • the water contact angle was 5 ° or less, and the water contact angle was 10 ° or less after the abrasion resistance test.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈는 기재, 그리고 상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅층을 포함한다. 이에 따라, 초친수 특성을 가지며, 내마모성이 우수한 렌즈, 이를 포함하는 렌즈 어셈블리 및 카메라 모듈을 얻을 수 있다.

Description

렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리
본 발명은 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 코팅층이 형성된 렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리에 관한 것이다.
카메라 모듈에 포함되는 렌즈 어셈블리 중 최외각에 배치되는 렌즈는 외부 환경에 노출된다. 특히, 카메라 모듈이 차량에 장착될 경우, 비, 안개, 빛 반사, 먼지 등에 의하여 카메라 모듈의 광학적 특성이 나빠지거나, 시야가 불충분하게 확보될 수 있다.
이에 따라, 카메라 모듈의 렌즈를 친수 코팅층으로 코팅하고자 하는 시도가 있다. 카메라 모듈의 렌즈 표면을 친수 코팅할 경우, 빛의 산란, 서리, 김서림, 오염, 이미지 굴곡 등의 문제를 해결할 수 있다.
다만, 렌즈 표면에 친수성 용액을 코팅하고자 하는 경우, 렌즈의 표면 저항으로 인하여 친수성 용액이 쉽게 코팅되지 않는 문제가 있다. 또한, 코팅이 되더라도 렌즈 표면과 친수 코팅층 간의 결합력이 낮으므로 친수 코팅층이 마모되거나 이탈되기 쉬우며, 초친수 특성을 얻기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비, 안개 등의 외부 환경에서도 광학적 특성 및 시야를 안정적으로 확보할 수 있는 렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈는 기재, 그리고 상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층을 포함한다.
상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 공유결합될 수 있다.
상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 상기 기재의 O와 상기 제1 친수 코팅층의 Si 또는 C에 의하여 공유결합될 수 있다.
상기 친수성 작용기는 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 친수성 작용기를 가지는 고분자는 70,000 내지 120,000의 분자량을 가질 수 있다.
상기 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 친수 코팅층의 무기 입자의 적어도 일부가 상기 제1 친수 코팅층의 고분자 사이에 존재할 수 있다.
상기 무기 입자는 Si를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자는 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 기재의 표면이 식각될 수 있다.
상기 제1 친수 코팅층은 상기 기재의 표면 상에 활성화된 산소와 결합될 수 있다.
상기 기재의 표면은 플라즈마 처리에 의하여 식각될 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 아르곤 및 산소 분위기, 진공 산소 분위기, 압축 공기 분위기 중 적어도 하나로 행해질 수 있다.
상기 제1 친수 코팅층의 두께는 1nm 내지 100nm일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리는 하우징, 상기 하우징 내에 수용되는 렌즈, 그리고 상기 하우징의 일단에 결합되며, 상기 렌즈를 지지하는 리테이너를 포함하고, 상기 렌즈는 기재, 그리고 상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비, 안개 등의 외부 환경에서도 광학적 특성 및 시야를 안정적으로 확보할 수 있는 렌즈, 이를 포함하는 렌즈 어셈블리 및 카메라 모듈을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 및 렌즈 어셈블리는 초친수 특성을 가지고, 내마모성이 높으며, 비, 안개 등의 외부 환경에서도 광학적 특성 및 시야를 안정적으로 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 분해도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 빗살형(brush type) 고분자로 친수 코팅된 렌즈의 개략도이다.
도 4는 도 3의 친수 코팅 방법을 나타내는 일 예이다.
도 5는 도 4의 방법에 따라 코팅된 렌즈 표면의 SEM 사진이다.
도 6은 도 3의 친수 코팅 방법을 나타내는 다른 예이다.
도 7은 도 6의 방법에 따라 코팅된 렌즈 표면의 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 사다리형(ladder type) 고분자로 친수 코팅된 렌즈의 개략도이다.
도 9는 도 8의 친수 코팅 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 방법에 따라 코팅된 렌즈 표면의 SEM이다.
도11은 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ에 따른 렌즈의 친수 특성을 비교하기 위한 도면이고, 도12는 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ에 따른 렌즈의 내마모 특성을 비교하기 위한 도면이고, 도13은 비교예 Ⅱ-2 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ에 따른 렌즈의 SEM이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈의 단면도이다.
도 15는 도 14에 따른 렌즈의 친수 코팅 방법을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 기재의 표면을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 한 실시예에 따라 친수 코팅층이 형성된 렌즈를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 18 내지 19는 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2에 따라 제작된 렌즈로 촬영한 화면을 나타내며, 도 20 내지 23은 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에 따라 제작된 렌즈로 촬영한 화면을 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 분해도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 렌즈 어셈블리(100)는 하우징(110), 하우징(110) 내에 수용되는 렌즈(120), 그리고 하우징(110)의 일단에 결합되며, 렌즈(120)를 지지하는 리테이너(retainer, 130)를 포함한다.
여기서, 렌즈(120)는 물체(object) 측으로부터 상(image) 측으로 순차적으로 배열되는 복수 매의 렌즈를 포함할 수 있다. 각 렌즈는 양의 굴절능 또는 음의 굴절능을 가질 수 있으며, 볼록한 면, 오목한 면 또는 메니스커스 형상 등을 가질 수 있다. 복수 매의 렌즈의 굴절능 및 면 형상은 요구되는 초점 거리 등에 따라 다양하게 조합될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리는 카메라 모듈, 예를 들면 차량용 카메라 모듈 내에 포함될 수 있다. 카메라 모듈은 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리, 필터, 이미지 센서 및 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 이를 위하여, 도시되지 않았으나, 렌즈 어셈블리의 후방에는 필터, 이미지 센서 및 인쇄회로기판이 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 인쇄회로기판 상에 이미지 센서가 장착되고, 이미지 센서 상에 필터가 형성될 수 있다. 여기서, 이미지 센서는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다. 이미지 센서는, 예를 들면 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서일 수 있다. 그리고, 필터는 IR(Infrared) 필터일 수 있다. 필터는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다.
한편, 복수 매의 렌즈 중 물체 측에 가장 가까이 배열되는 렌즈(이하, 최외각 렌즈라 한다)는 한 면이 외부에 노출된다. 렌즈의 한 면이 비, 안개 등의 외부 환경에 노출되는 경우, 카메라 모듈의 광학적 특성이 나빠지거나, 시야가 불충분하게 확보될 수 있다.
이에 따라, 카메라 모듈의 렌즈를 친수 코팅층으로 코팅하고자 하는 시도가 있다. 친수 코팅을 하면, 렌즈 상의 물방울이 퍼지게 된다. 이에 따라, 렌즈 표면의 김서림 또는 물맺힘을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 렌즈(120)는 기재(122), 그리고 기재(122) 상에 형성되며 친수성 작용기(hydrophilic functional group)를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅층(124)을 포함한다. 여기서, 기재(122)는 유리 또는 플라스틱일 수 있으며, 고분자에 포함되는 친수성 작용기는 히드록실기(-OH), 아미노기(-NH3) 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 이와 같이, 친수 코팅층(124)이 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하면, 렌즈(120)의 표면이 습윤성(wettability) 또는 친수성(hydrophilicity)을 가지게 될 수 있다. 특히, 친수성 작용기가 고분자를 형성하는 단량체마다 결합되면, 친수 코팅층(124) 내 친수성 작용기의 밀도를 높일 수 있으므로, 친수 코팅층(124)은 초친수의 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 렌즈(120)의 표면, 즉 친수 코팅층(124) 상에 물을 떨어뜨릴 경우 접촉각을 15˚ 이하, 바람직하게는 10˚ 이하, 더욱 바람직하게는 5 ˚ 이하로 유지할 수 있다. 여기서, 접촉각은 기재 상에 물을 떨어뜨릴 경우, 물방울과 기재 간의 경계면 및 기재의 수평면이 이루는 각도를 의미한다. 이와 같이, 렌즈(120)의 표면이 초친수 특성을 가지게 되면, 비, 안개, 등의 환경에서도 깨끗한 시야를 확보할 수 있다. 이때, 친수 코팅층은 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅액으로부터 형성되며, 친수 코팅액은 비이온계 계면활성제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
여기서, 기재(122) 및 친수 코팅층(124)은 서로 공유결합될 수 있다. 기재(122) 및 친수 코팅층(124)은, 예를 들어 기재(122)의 O와 친수 코팅층(124)의 Si 또는 C에 의하여 공유결합될 수 있다. 이를 위하여, 기재(122)가 글래스 기재인 경우, 기재(122) 표면을 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬 처리 또는 산염기 처리하여 히드록실기(-OH)를 활성화시킬 수 있다. 이에 따라, 기재(122)와 친수 코팅층(124) 간의 결합력이 강해지므로, 내구성 및 내마모성이 높아질 수 있다.
이때, 친수 코팅층(124)의 두께는 1nm 내지 100nm, 바람직하게는 2nm 내지 10nm일 수 있다. 친수 코팅층(124)의 두께가 1nm 미만이면, 친수 코팅층(124)이 마모되기 쉬워지며, 친수 특성이 나빠질 수 있다. 이에 따라, 카메라 모듈의 신뢰성이 낮아질 수 있다. 반면, 친수 코팅층(124)의 두께가 100nm를 초과하면, 기재(122)의 표면과 친수 코팅층(124) 간의 결합력이 낮아져 친수 코팅층(124)이 벗겨질 수 있으므로, 친수 특성이 나빠질 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 빗살형(brush type) 고분자로 친수 코팅된 렌즈의 개략도이고, 도 4는 도 3의 친수 코팅 방법을 나타내는 일 예이며, 도 5는 도 4의 방법에 따라 코팅된 렌즈 표면의 SEM 사진이고, 도 6은 도 3의 친수 코팅 방법을 나타내는 다른 예이며, 도 7은 도 6의 방법에 따라 코팅된 렌즈 표면의 SEM 사진이다.
도 3을 참조하면, 기재(122) 상에 친수성 작용기(124-1)를 포함하는 빗살형 고분자가 결합되어 있다.
이를 위하여, 도 4를 참조하면, 기재(122)의 표면을 세정한 후, 활성화(activation)한다. 기재(122)의 표면을 활성화하기 위하여 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬(alkyl halide) 처리 또는 산염기 처리를 할 수 있다. 기재(122) 상에 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬 처리 또는 산염기 처리를 하면, 기재(122)의 표면 상에 히드록실기(-OH)가 활성화된다. 이후, 기재(122)의 표면 상에 히드록실기(-OH)를 가지는 고분자를 가해주면, 기재(122) 표면 상에서 활성화된 히드록실기와 고분자에 포함되는 히드록실기가 반응하여 기재(122)와 고분자가 공유결합할 수 있다. 이때, 고분자는 친수성 작용기(-R)를 가진다. 여기서, 친수성 작용기는, 예를 들면 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
기재(122) 상에 빗살형 고분자를 형성하는 다른 방법으로, 도 6을 참조하면, 기재(122)를 세정한 후, 활성화(activation)한다. 기재(122)를 활성화하기 위하여 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬(alkyl halide) 처리 또는 산염기 처리를 할 수 있다.
이후, 기재(122) 표면 상에 친수성 작용기(-R)를 가지는 모노머(monomer)를 가해주면, 활성화된 기재(122) 표면 상에 모노머가 결합한다. 예를 들어, 도 6과 같이 기재(122) 표면을 할로겐화 알킬 처리한 경우, 기재(122) 표면에는 -Cl(chloride)이 활성화된다. 활성화된 기재(122) 표면 상에 이중 결합을 가지는 모노머를 투입하면, 모노머의 이중 결합이 활성화되면서 -Cl이 이탈되고, 모노머와 기재(122) 표면이 결합하게 된다. 그리고, 모노머가 결합된 기재(122) 표면을 다시 활성화한 후 친수성 작용기를 가지는 모노머를 가해주면, 활성화된 기재(122)의 표면 상에 모노머가 다시 결합한다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하면, 친수성 작용기를 가지는 모노머가 중합되어 빗살형 고분자를 형성할 수 있다. 여기서, 친수성 작용기는, 예를 들면 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 도 6 내지 7과 같이 기재(122)의 표면 상에 모노머를 반복적으로 첨가하여 고분자로 중합시킬 경우, 도 4 내지 5와 같이 기재(122)의 표면 상에 고분자를 직접 결합시키는 경우에 비하여 친수 코팅층(124) 내 친수성 작용기의 밀도가 더 높으므로, 친수 특성이 더욱 우수하다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 사다리형(ladder type) 고분자로 친수 코팅된 렌즈의 개략도이고, 도 9는 도 8의 친수 코팅 방법의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 10은 도 9의 방법에 따라 코팅된 렌즈 표면의 SEM이다.
도 8을 참조하면, 기재(122) 상에 친수성 작용기(124-1)를 포함하는 사다리형 고분자가 결합되어 있다.
이를 위하여, 도 9을 참조하면, 기재(122)를 세정한 후, 활성화(activation)한다. 기재(122)를 활성화하기 위하여 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬(alkyl halide) 처리 또는 산염기 처리를 할 수 있다. 기재(122) 상에 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬 처리 또는 산염기 처리를 하면, 기재(122) 표면 상에 히드록실기(-OH)가 활성화된다.
이후, 기재(122) 표면 상에 친수성 작용기(-R)를 가지는 라디칼을 가해주면, 기재(122) 표면 상에서 활성화된 히드록실기와 친수성 작용기를 가지는 라디칼이 반응한다. 라디칼은 반응성이 높으므로, 기재(122) 표면 상에서 지속적으로 성장하여 사다리형 고분자를 형성할 수 있다. 여기서, 친수성 작용기는, 예를 들면 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
도 6 내지 10과 같이 모노머 중합으로 친수 코팅층을 형성하거나, 라디칼 중합으로 친수 코팅층을 형성한 경우, 기재와 친수 코팅층 간의 결합력 및 친수 코팅층 내 친수성 작용기의 밀도가 높으므로, 내마모성 및 친수 특성이 높게 나타날 수 있다.
이하, 비교예 및 실시예에 따라 표면에 친수 코팅층이 형성된 렌즈의 접촉각, 투과율, 내마모성 테스트 후 접촉각, 내열성 테스트 후 접촉각 및 열충격 테스트 후 접촉각을 측정하였다.
비교예 Ⅰ는 TiO2계 무기 나노 코팅 방법에 따라 기재 상에 친수 코팅층을 형성한 예이며, 실시예 Ⅰ-1은 도 4의 방법과 같이 글래스 기재를 활성화한 후 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 고분자를 결합시켜 친수 코팅층을 형성한 예이며, 실시예 Ⅰ-2는 도 6의 방법과 같이 글래스 기재를 활성화한 후 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 모노머를 중합시켜 친수 코팅층을 형성한 예이고, 실시예 Ⅰ-3은 도 9의 방법과 같이 글래스 기재를 활성화한 후 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 라디칼을 중합시켜 친수 코팅층을 형성한 예이다.
비교예 Ⅰ 및 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-3을 비교하기 위하여, 비교예 Ⅰ 및 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-3에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 물을 뿌린 후 물이 퍼지는 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내마모성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 Ⅰ 및 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-3에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 100±5mm 길이의 캔버스천을 이용하여 4.9N의 힘으로 1,500회동안 마모시킨 후 물을 뿌리고 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내열성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 Ⅰ 및 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-3에 따라 제작된 렌즈를 -40℃와 80℃에서 1000cycle 동안 처리한 후 물을 뿌리고 접촉각을 측정하였다. 그리고, 열충격 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 80℃, -40℃ 및 95% 습도 하에서 50℃를 5cycle동안 처리한 후 물을 뿌리고, 접촉각을 측정하였다. 여기서, 접촉각은 기재 상에 물을 떨어뜨릴 경우, 물방울과 기재 간의 경계면 및 기재의 수평면이 이루는 각도를 의미한다.
표 1은 그 결과를 나타낸다.
테스트 항목 비교예 Ⅰ 실시예 Ⅰ-1 실시예 Ⅰ-2 실시예 Ⅰ-3
접촉각 30˚ 이상 7~13˚ 5~9 ˚ 5~10 ˚
투과율 91%이상 91%이상 91%이상 91%이상
내마모성 테스트 후 접촉각 30~50˚ 15~22 ˚ 5~10 ˚ 8~12 ˚
내열성 테스트 후 접촉각 30˚ 이상 8~18 ˚ 7~12 ˚ 7~10 ˚
열충격 테스트 후 접촉각 30˚ 이상 15~25 ˚ 7~11 ˚ 8~15 ˚
표 1을 참조하면, TiO2계 무기 나노 코팅 방법에 따라 렌즈의 표면을 친수 코팅한 비교예 Ⅰ에 비하여, 고분자를 이용하여 렌즈의 표면을 친수 코팅한 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-3에서 접촉각이 더 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 접촉각은 렌즈의 표면 상에 떨어진 물이 퍼지는 각도이므로, 각도가 낮을수록 친수 특성이 좋은 것을 의미한다. 이에 따라, 비교예 Ⅰ에 비하여 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-3에서 친수 특성이 더 좋음을 알 수 있다. 또한, 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-3에 따르면 내마모성 테스트 후에도 접촉각이 30˚이하로 나타나므로, 비교예에 비하여 친수 코팅층의 결합력이 높음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 친수성 작용기를 포함하는 고분자는 친수성 작용기를 가지는 고분자 탄화수소 유도체 또는 실리콘 유도체일 수 있으며, 70,000 내지 120,000의 분자량을 가지는 고분자를 포함할 수 있다. 친수 코팅층(124)을 구성하는 고분자의 분자량이 작을수록 내마모 특성은 향상되지만 친수 특성이 저하되고, 고분자의 분자량이 클수록 친수 특성이 향상되지만 내마모 특성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 친수 코팅층(124)을 구성하는 고분자의 분자량을 70,000 내지 120,000으로 함으로써 친수 코팅층(124)상의 접촉각이 낮으면서도, 내마모성이 우수한 특성을 유지할 수 있다.
표 2는 비교예 및 실시예에 따라 표면에 친수 코팅층의 유무와 친수 코팅층을 형성하는 고분자의 분자량에 따른 렌즈의 접촉각, 투과율 및 내마모성 테스트를 수행하였다.
테스트 항목 비교예 Ⅱ-1 비교예 Ⅱ-2 비교예 Ⅱ-3 실시예 Ⅱ
접촉각 50~60˚ 7~15˚ 4~10 ˚ 4~12 ˚
투과율 87%이상 91%이상 90%이상 92%이상
내마모성 테스트 후 접촉각(500회) - 8~17 ˚ 12~19 ˚ 5~12 ˚
내마모성 테스트 후 접촉각(1000회) - 8~21 ˚ 13~25 ˚ 7~14 ˚
내마모성 테스트 후 접촉각(1500회) - 10~26 ˚ 19~28˚ 8~16 ˚
비교예 Ⅱ-1은 유리 표면에 친수 코팅층을 형성하지 않은 예이고, 비교예 Ⅱ-2는 글래스 기재를 활성화한 후 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 모노머를 중합시켜 분자량이 40,000초과에서 70,000미만인 친수 코팅층을 형성한 결과이고, 비교예 Ⅱ-3은 글래스 기재를 활성화한 후 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 모노머를 중합시켜 분자량이 120,000 초과에서 170,000미만인 친수 코팅층을 형성한 결과이고, 실시예 Ⅱ는 글래스 기재를 활성화한 후 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 모노머를 중합시켜 분자량이 70,000 내지 120,000인 친수 코팅층을 형성한 결과이다.
도11은 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ에 따른 렌즈의 친수 특성을 비교하기 위한 도면이고, 도12는 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ에 따른 렌즈의 내마모 특성을 비교하기 위한 도면이고, 도13은 비교예 Ⅱ-2 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ에 따른 렌즈의 SEM이다.
비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-3 및 실시예 Ⅱ를 비교하기 위하여, 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-3 및 실시예 Ⅱ에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 물을 뿌린 후 접촉각을 접촉각 측정기(contact angle analyzer)를 이용하여 측정하였다. 그리고, 내마모성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-3 및 실시예 Ⅱ에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 100±5mm 길이의 캔버스천을 이용하여 4.9N의 힘으로 500회, 1000회, 1,500회동안 마모시킨 후 물을 뿌리고 접촉각을 접촉각 측정기를 이용하여 측정하였다.
비교예 Ⅱ-1을 실시예 Ⅱ와 비교하면 친수 코팅층을 형성하지 않은 경우 수분 접촉각이 50˚ 내지 60˚으로 측정된데 반하여 분자량이 70,000 내지 120,000인 친수 코팅층을 형성한 경우 수분 접촉각이 4˚ 내지 12˚로 측정되었다. 접촉각은 렌즈의 표면 상에 떨어진 물이 퍼지는 각도이므로, 각도가 낮을수록 친수 특성이 좋은 것을 의미한다.
또한, 비교예 Ⅱ-2를 실시예 Ⅱ와 비교하면 분자량이 40,000 초과에서 70,000미만인 경우 수분 접촉각이 7˚ 내지 15˚로 측정된데 반하여 분자량이 70,000 내지 120,000인 친수 코팅층을 형성한 경우 수분 접촉각이 4˚ 내지 12˚로 측정되었다.
비교예 Ⅱ-3의 경우 분자량이 120,000초과에서 170,000미만인 경우 수분 접촉각 특성이 실시예 Ⅱ와 비슷한 것으로 측정이 되었다. 그러나 비교예 Ⅱ-3의 경우는 내마모성 테스트 수행 결과 500회 마모 후 수분 접촉각이 12˚ 내지 19˚로 측정되었으며, 1000회 마모 후에는 수분 접촉각이 13˚ 내지 25˚로, 1,500회 마모 후에는 수분 접촉각이 19˚ 내지 28˚로 측정되었다. 즉, 비교예 Ⅱ-3의 경우 마모에 따라 수분 접촉각이 매우 커지는 것을 확인할 수 있으며, 이는 마모에 따라 렌즈의 친수 특성이 현저하게 낮아진다는 것을 의미한다.
이에 반하여 실시예 Ⅱ의 경우 내마모 테스트 수행 결과 500회 마모 후 수분 접촉각이 5˚ 내지 12˚로 측정되었으며, 1000회 마모 후에는 수분 접촉각이 7˚ 내지 14˚로, 1,500회 마모 후에는 수분 접촉각이 8˚ 내지 16˚로 측정되었다. 즉, 실시예 Ⅱ에서는 500회 마모 테스트 후에는 수분 접촉각이 거의 변화하지 않았음을 확인할 수 있으며, 1,500회 마모 후에도 수분 접촉각의 변화량이 5˚이하로 측정되었음을 확인할 수 있다. 이는 친수 코팅층을 형성하는 고분자의 분자량을 70,000 내지 120,000으로 함으로써 우수한 친수 특성과 내마모 특성을 확보할 수 있음을 나타내는 결과이다.
도 11을 참고하면 비교예 Ⅱ-1에 따라 친수 코팅층을 형성하지 않은 경우에 비하여 친수 코팅층을 형성한 비교예 Ⅱ-2 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ의 경우 우수한 친수 특성으로 인하여 선명한 이미지를 촬영할 수 있었다.
그러나 도 12를 참고하면 1,500회 마모 후 비교예 Ⅱ-2 내지 비교예 Ⅱ-3의 경우 수분 접촉각 특성이 현저하게 저하되어 흐린 이미지가 촬영된 반면에, 실시예 Ⅱ의 경우 마모 후에도 우수한 접촉각 특성을 확보하여 선명한 이미지를 촬영할 수 있었다.
도 13을 참고하면, 비교예 Ⅱ-2 내지 Ⅱ-3과 실시예 Ⅱ에 따른 렌즈 표면의 형상 차이는 크게 나타나지 않았으며 고른 표면 형상을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시예에 따르면, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층은 상에 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층이 더 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 렌즈(120)는 기재(122), 기재(122) 상에 형성되며 친수성 작용기(hydrophilic functional group)를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층(124) 및 제1 친수 코팅층(124) 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층(126)을 포함한다.
여기서, 기재(122)는 유리 또는 플라스틱일 수 있다.
그리고, 제1 친수 코팅층을 형성하는 제 1 친수코팅액에 포함되는 고분자의 친수성 작용기는 히드록실기(-OH), 아미노기(-NH3) 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 이와 같이, 제1 친수 코팅층(124)이 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하면, 렌즈(120)의 표면이 습윤성(wettability) 또는 친수성(hydrophilicity)을 가지게 될 수 있다.
여기서, 기재(122) 및 제1 친수 코팅층(124)은 서로 공유결합 될 수 있다. 기재(122) 및 제1 친수 코팅층(124)은, 예를 들어 기재(122)의 산소(-O-)와 제1 친수 코팅층(124)의 규소(Si) 또는 탄소(C)에 의하여 공유결합 될 수 있다. 이를 위하여, 기재(122)가 글래스 기재인 경우, 기재(122) 표면을 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬 처리 또는 산염기 처리하여 히드록실기(-OH)를 활성화시킬 수 있다. 이에 따라, 기재(122)와 제1 친수 코팅층(124) 간의 결합력이 강해지므로, 내구성 및 내마모성이 높아질 수 있다.
이때, 제1 친수 코팅층(124)의 두께는 1nm 내지 100nm, 바람직하게는 2nm 내지 10nm일 수 있다. 제1 친수 코팅층(124)의 두께가 1nm 미만이면, 제1 친수 코팅층(124)이 마모되기 쉬워지며, 친수 특성이 나빠질 수 있다. 이에 따라, 카메라 모듈의 신뢰성이 낮아질 수 있다. 반면, 제1 친수 코팅층(124)의 두께가 100nm를 초과하면, 제1 친수 코팅층(124)이 벗겨질 수 있으므로, 친수 특성이 나빠질 수 있다.
한편, 제2 친수 코팅층(126)에 포함되는 무기 입자는 Si를 포함하며, Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서, Si는 친수 특성을 높일 수 있고, Sn는 내오염 특성을 가질 수 있으며, Ti는 셀프크리닝(Self-Cleaning) 기능을 가질 수 있다. 그리고, W는 강도를 강하게 할 수 있으며, K 및 P는 내습 특성을 강하게 할 수 있고, Zn은 대전방지 기능을 가질 수 있다. 이러한 무기 입자의 적어도 일부는 제1 친수 코팅층(124)의 고분자 사이에 끼어들 수 있다.
이와 같이, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층(124)이 기재(122) 상에 형성되는 경우, 제1 친수 코팅층(124)과 기재(122) 간의 결합력이 높으므로 내마모성이 우수하다. 그리고, 제1 친수 코팅층(124) 상에 Si와 같은 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층(126)이 형성되는 경우, 고온, 고습 환경에서도 친수 특성이 잘 유지되며, 제2 친수 코팅층(126)이 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 경우, 내오염 특성, 셀프크리닝 특성, 강도, 내습 특성 및 대전 방지 특성 등을 더 가질 수 있다.
도 15는 도 14에 따른 렌즈의 친수 코팅 방법을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 기재(122)의 표면 상에 제1 친수 코팅층(124)을 형성한다. 제1 친수 코팅층(124)을 형성하는 방법은 도 4 등을 참조할 수 있다.
다음으로, 제1 친수 코팅층(124) 상에 무기 입자, 비이온계 계면활성제 및 용매를 포함하는 제2 친수 코팅액을 가해준다. 여기서, 무기 입자는 실리카 나노 파티클일 수 있다. 무기 입자는 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
이에 따라, 제1 친수 코팅층(124) 상에 제2 친수 코팅층(126)이 형성되며, 제2 친수 코팅층(126)의 무기 입자는 제1 친수 코팅층(124)의 고분자 사이에 끼어들 수 있다. 이러한 경우, 제1 친수 코팅층(124)의 친수 특성에 제2 친수 코팅층(126)의 친수 특성이 더해지므로, 초친수의 특성을 나타낼 수 있으며, 내오염 특성, 셀프크리닝 특성, 강도, 내습 특성 및 대전 방지 특성 등 등의 기능성을 더 가질 수 있다.
이하, 비교예 및 실시예에 따라 표면에 친수 코팅층이 형성된 렌즈의 접촉각, 투과율, 내마모성 테스트 후 접촉각, 고온고습 테스트 후 접촉각, 내열성 테스트 후 접촉각, 열충격 테스트 후 접촉각 및 내UV 테스트 후 접촉각을 측정하였다.
비교예 Ⅲ-1은 글래스 기재를 활성화한 후, 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 고분자 5wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 80wt%를 포함하는 제1 친수 코팅액을 도포하여 친수 코팅층을 형성한 예이고, 비교예 Ⅲ-2는 실리콘 오일 5wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 80wt%를 포함하는 제2 친수 코팅액을 무기 나노 코팅 방법에 따라 도포하여 친수 코팅층을 형성한 예이며, 실시예 Ⅲ는 글래스 기재를 활성화한 후, 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 실리콘계 고분자 2wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 83wt%를 포함하는 제1 친수 코팅액을 도포하여 제1 친수 코팅층을 형성한 후, 실리카 나노 파티클 2wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 83wt%를 포함하는 제2 친수 코팅액을 무기 나노 코팅 방법에 따라 도포하여 제2 친수 코팅층을 형성한 예를 나타낸다.
비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-2 및 실시예 Ⅲ를 비교하기 위하여, 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-2 및 실시예 Ⅲ에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 물을 뿌린 후 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내마모성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-2 및 실시예 Ⅲ에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 100±5mm 길이의 캔버스천을 이용하여 4.9N의 힘으로 1,500회동안 마모시킨 후 물을 뿌리고 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내열성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-2 및 실시예 Ⅲ에 따라 제작된 렌즈를 -40℃와 80℃에서 1000cycle 동안 처리한 후 물을 뿌리고 접촉각을 측정하였다. 그리고, 열충격 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 80℃, -40℃ 및 95% 습도 하에서 50℃를 5cycle동안 처리한 후 물을 뿌리고, 접촉각을 측정하였다. 그리고, 고온고습 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여 80℃ 85% 습도 조건 하에서 7일동안 방치한 후 물을 뿌리고, 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내UV 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, ISO 105 조건으로 처리한 후 물을 뿌리고, 접촉각을 측정하였다.
표 3은 그 결과를 나타낸다.
테스트 항목 비교예 Ⅲ-1 비교예 Ⅲ-2 실시예 Ⅲ
접촉각 7~13˚ 5~10˚ 3~7 ˚
투과율 91%이상 91%이상 91%이상
내마모성 테스트 후 접촉각 8~15˚ 15~20˚ 4~8 ˚
고온고습 테스트 후 접촉각 9~22˚ 7~12˚ 5~8˚
내열성 테스트 후 접촉각 10~20˚ 7~15˚ 5~9˚
열충격 테스트 후 접촉각 8~18˚ 5~13˚ 4~10˚
내UV 테스트 후 접촉각 11~18˚ 7~12 ˚ 5~9˚
표 3을 참조하면, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅액만으로 렌즈의 표면을 친수 코팅한 비교예 Ⅲ-1 및 무기 입자를 포함하는 친수 코팅액만으로 렌즈의 표면을 친수 코팅한 비교예 Ⅲ-2에 비하여, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅액으로 렌즈의 표면을 1차 친수 코팅한 후, 무기 입자를 포함하는 친수 코팅액으로 렌즈의 표면을 2차 친수 코팅하는 실시예Ⅲ에서 접촉각이 더 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 접촉각은 렌즈의 표면 상에 떨어진 물이 퍼지는 각도이므로, 각도가 낮을수록 친수 특성이 좋은 것을 의미한다. 이에 따라, 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-2에 비하여 실시예 Ⅲ에서 친수 특성이 더 좋음을 알 수 있다.
뿐만 아니라, 실시예 Ⅲ에 따르면 내마모성 테스트 후 접촉각, 고온고습 테스트 후 접촉각, 내열성 테스트 후 접촉각, 열충격 테스트 후 접촉각 및 내UV 테스트 후 접촉각이 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-2보다 낮게 나타나므로, 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-2에 비하여 친수 코팅층의 결합력이 높고, 고온고습 및 UV 등에 강함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 친수 코팅층이 형성되는 기재는 식각된 표면을 가질 수도 있다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 기재의 표면을 나타낸다. 도 1 내지 15와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 16을 참조하면, 기재(122)는 식각된 표면을 가질 수 있다. 기재(122)의 식각된 표면은 기재(122)를 플라즈마 처리함으로써 얻어질 수 있다. 기재(122)를 플라즈마 처리하면, 기재(122)의 표면이 도 16과 같이 불균일하게 식각되며, 기재(122) 표면의 히드록실기(-OH기)가 활성화될 수 있다.
기재(122)의 표면이 식각되고, 히드록실기가 활성화되는 경우, 친수 코팅액과의 결합력이 높아지므로, 렌즈의 친수 성능이 높아지고, 내마모성이 높아진다.
이에 따라, 렌즈(120)의 표면, 즉 친수 코팅층(124) 상에 물을 떨어뜨릴 경우 물이 퍼지는 각인 접촉각을 10˚ 이하, 바람직하게는 5˚ 이하로 유지할 수 있다. 렌즈(120)의 표면 상에서 물이 퍼지는 각이 10 ˚ 이하가 되면, 초친수 특성을 가지게 되므로, 비, 안개 등의 환경에서도 깨끗한 시야를 확보할 수 있다.
도 17은 본 발명의 한 실시예에 따라 친수 코팅층이 형성된 렌즈를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 17을 참조하면, 기재(122)의 표면을 세정한 후(S100), 플라즈마 처리를 한다(S110). 여기서, 기재(122)는, 예를 들어 유리 또는 플라스틱일 수 있다. 플라즈마 처리는 대기압 또는 진공 조건에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리는 아르곤 및 산소 분위기, 진공 산소 분위기, 압축 공기 분위기 중 적어도 하나로 행해질 수 있다.
이에 따라, 기재(122)의 표면은 식각되며, 기재(122) 표면 상의 히드록실기(-OH)가 활성화된다.
그리고, 기재(122)의 표면을 친수 코팅액으로 코팅한다(S120). 이때, 코팅은 딥코팅(dip-coating), 스프레이 코팅(spray coating), 핸드 코팅(hand coating) 등의 기법으로 적용될 수 있다.
이때, 친수 코팅액은 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함할 수 있다. 여기서, 친수성 작용기는 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 이때, 친수 코팅액은 비이온계 계면활성제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 친수 코팅층(124)이 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하면, 렌즈(120)의 표면이 습윤성(wettability) 또는 친수성(hydrophilicity)을 가지게 될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 친수 코팅액은 유무기 산화물을 포함할 수도 있다. 여기서, 유무기 산화물은 Si, K, P, Na, Al, Li, Sn 및 Pt로 이루어진 그룹에서 선택된 원소를 포함하는 산화물일 수 있다. 예를 들어, 유무기 산화물은 실리콘 오일일 수 있다. 이때, 친수 코팅액은 비이온계 계면활성제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 그리고, 용매는 물 또는 알코올계 용매일 수 있다. 이와 같이, 친수 코팅층(124)이 무기 산화물을 포함하면, 렌즈의 표면의 친수성을 높일 수 있다.
이와 같이, 기재의 표면을 플라즈마 처리한 후, 친수 코팅액으로 코팅할 경우, 친수 코팅액과 기재의 표면 간의 결합력이 높으므로, 렌즈의 표면 상에 물방울이나 먼지가 잘 묻지 않고, 안개가 잘 생기지 않으며, 선명한 시야를 확보할 수 있다. 특히, 친수 코팅액이 무기산화물을 포함하는 경우에도 기재의 표면과 친수 코팅액 간의 접착력을 높일 수 있다.
이하, 유리 표면의 플라즈마 처리 유무에 따른 비교예 및 실시예로 표면에 친수 코팅층이 형성된 렌즈의 접촉각, 투과율 및 내마모성 테스트 후 접촉각을 측정하였다.
비교예 Ⅳ-1은 유리 표면에 친수 코팅층을 형성하지 않은 예이고, 비교예 Ⅳ-2는 유리 표면을 전처리 하지 않고 기재 상에 친수 코팅층을 형성한 예이다. 그리고, 실시예 Ⅳ-1은 유리 표면을 세정한 후, 600~900W의 플라즈마 장비를 이용하여 15~20l/min의 N2 가스를 100~200mm/sec 속도로 5mm 높이로 1회 플라즈마 처리한 후 스프레이 공정으로 친수 코팅층을 형성한 예이다. 실시예 Ⅳ-2는 유리 표면을 세정한 후, 900W의 플라즈마 장비를 이용하여 압축 공기를 100~200mm/sec의 속도로 5~15mm 높이에서 1~2회 플라즈마 처리한 후 스프레이 공정으로 친수 코팅층을 형성한 예이다. 실시예 Ⅳ-3은 유리 표면을 세정한 후, 300~400W의 플라즈마 장비를 이용하여 진공 챔버 안에서 플라즈마 처리한 후 스프레이 공정으로 친수 코팅층을 형성한 예이다. 실시예 Ⅳ-4는 유리 표면을 세정한 후, 400~500W의 플라즈마 장비를 이용하여 15~20l/min의 아르곤(Ar) 및 20~100ml/min의 산소(O2) 가스를 혼합하여 10~20mm/sec의 속도로 4~5mm 높이에서 1회 플라즈마 처리한 후 스프레이 공정으로 친수 코팅층을 형성한 예이다. 이때, 친수 코팅층을 형성하기 위한 친수 코팅액은 실리콘 오일 5wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 80wt%을 포함하였으며, 친수 코팅층의 두께는 3nm로 형성되었다.
비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2 및 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4를 비교하기 위하여, 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2 및 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 물을 뿌린 후 접촉각을 접촉각 측정기(contact angle analyzer)를 이용하여 측정하였다. 그리고, 내마모성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2 및 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 100±5mm 길이의 캔버스천을 이용하여 4.9N의 힘으로 1,500회동안 마모시킨 후 물을 뿌리고 접촉각을 접촉각 측정기를 이용하여 측정하였다. 그리고, 렌즈의 시야를 테스트하기 위하여, 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2 및 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에 따라 제작된 렌즈의 표면을 70℃의 증류수에 5초 동안 노출 시킨 후 촬영을 하였다.
표 4는 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2 및 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에 따라 제작된 렌즈의 접촉각, 투과율 및 내마모성 테스트 후 접촉각을 나타내고, 도 18 내지 19는 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2에 따라 제작된 렌즈로 촬영한 화면을 나타내며, 도 20 내지 23은 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에 따라 제작된 렌즈로 촬영한 화면을 나타낸다.
테스트 항목 비교예 Ⅳ-1 비교예 Ⅳ-2 실시예 Ⅳ-1 실시예 Ⅳ-2 실시예 Ⅳ-3 실시예 Ⅳ-4
접촉각 50˚ 15˚ 13˚ 7˚ 9˚ 4˚
투과율 85% 88%이상 90%이상 91%이상 90%이상 91%이상
내마모성 테스트 후 접촉각 - 30˚ 15.8 ˚ 12.8 ˚ 10.6 ˚ 7.3 ˚
표 4를 참조하면, 렌즈의 표면을 친수 코팅하지 않거나, 플라즈마 처리하지 않고 친수 코팅한 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2에 비하여 플라즈마 처리하고 친수 코팅한 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에서 접촉각 및 내마모 테스트 후 접촉각이 더 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 접촉각은 렌즈의 표면 상에 떨어진 물이 퍼지는 각도이므로, 각도가 낮을수록 친수 특성이 좋은 것을 의미한다. 이에 따라, 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-2에 비하여 실시예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에서 친수 특성이 더 좋음을 알 수 있다. 또한, 압축공기로 플라즈마 처리를 한 실시예 Ⅳ-2, 진공 산소로 플라즈마 처리를 한 실시예 Ⅳ-3, 아르곤 및 산소 가스로 플라즈마 처리를 한 실시예 Ⅳ-4에서는 수분 접촉각이 10˚ 이하로 나타나고, 내마모테스트 후 수분 접촉각도 15 ˚ 이하로 나타남을 알 수 있다. 특히, 아르곤 및 산소 가스로 플라즈마 처리를 한 실시예 Ⅳ-4에서는 수분 접촉각이 5˚ 이하로 나타나고, 내마모테스트 후 수분 접촉각도 10˚ 이하로 나타남을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 기재, 그리고
    상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층
    을 포함하는 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 공유결합되는 렌즈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 상기 기재의 O와 상기 제1 친수 코팅층의 Si 또는 C에 의하여 공유결합되는 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 작용기는 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택되는 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 작용기를 가지는 고분자는 70,000 내지 120,000의 분자량을 가지는 렌즈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층
    을 더 포함하는 렌즈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 친수 코팅층의 무기 입자의 적어도 일부가 상기 제1 친수 코팅층의 고분자 사이에 존재하는 렌즈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무기 입자는 Si를 포함하는 렌즈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무기 입자는 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기재의 표면이 식각된 렌즈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 친수 코팅층은 상기 기재의 표면 상에 활성화된 산소와 결합되는 렌즈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기재의 표면은 플라즈마 처리에 의하여 식각되는 렌즈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 아르곤 및 산소 분위기, 진공 산소 분위기, 압축 공기 분위기 중 적어도 하나로 행해지는 렌즈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 친수 코팅층의 두께는 1nm 내지 100nm인 렌즈.
  15. 하우징,
    상기 하우징 내에 수용되는 렌즈, 그리고
    상기 하우징의 일단에 결합되며, 상기 렌즈를 지지하는 리테이너를 포함하고,
    상기 렌즈는
    기재, 그리고
    상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅층을 포함하는 렌즈 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 공유결합되는 렌즈 어셈블리.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 친수성 작용기는 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택되는 렌즈 어셈블리.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 친수성 작용기를 가지는 고분자는 70,000 내지 120,000의 분자량을 가지는 렌즈 어셈블리.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층
    을 더 포함하는 렌즈 어셈블리.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 기재의 표면이 식각된 렌즈 어셈블리.
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