목적: 플라스틱렌즈 표면의 코팅막을 식각한 렌즈와 무코팅렌즈를 비교함으로써, 코팅의 식각이 렌즈에 미치는 변화를 연구하였다. 방법: 굴절력이 0 디옵터인 CR-39, 중굴절률, 고굴절률렌즈를 코팅제거제를 사용하여 $80^{\circ}C$와 상온에서 식각하였고, 굴절력, 투과율 및 렌즈 표면의 변화를 조사하였다. 결과: 코팅의 식각으로 렌즈의 굴절력의 변화는 없었으며, 무코팅렌즈와 식각된 렌즈의 광투과율도 거의 차이가 없었다. 식각속도는 CR-39와 중굴절률렌즈에서 비슷하였으나 고굴절률렌즈에서는 느리고, 불규칙하였다. 렌즈 미세 표면을 관찰한 결과 렌즈 표면에 식각으로 인한 손상이 나타났는데, 중굴절률렌즈의 손상이 가장 적었고, 고굴절률렌즈에서 가장 많았다. 결론: 안경렌즈 표면이 손상되지 않도록 코팅막을 식각하려면, 렌즈 소재에 맞는 적합한 코팅제거제가 사용되어야 하며, 적절한 식각조건에 대한 주의가 필요할 것이다.
목적: 플라스틱렌즈 표면의 코팅막을 식각한 렌즈와 무코팅렌즈를 비교함으로써, 코팅의 식각이 렌즈에 미치는 변화를 연구하였다. 방법: 굴절력이 0 디옵터인 CR-39, 중굴절률, 고굴절률렌즈를 코팅제거제를 사용하여 $80^{\circ}C$와 상온에서 식각하였고, 굴절력, 투과율 및 렌즈 표면의 변화를 조사하였다. 결과: 코팅의 식각으로 렌즈의 굴절력의 변화는 없었으며, 무코팅렌즈와 식각된 렌즈의 광투과율도 거의 차이가 없었다. 식각속도는 CR-39와 중굴절률렌즈에서 비슷하였으나 고굴절률렌즈에서는 느리고, 불규칙하였다. 렌즈 미세 표면을 관찰한 결과 렌즈 표면에 식각으로 인한 손상이 나타났는데, 중굴절률렌즈의 손상이 가장 적었고, 고굴절률렌즈에서 가장 많았다. 결론: 안경렌즈 표면이 손상되지 않도록 코팅막을 식각하려면, 렌즈 소재에 맞는 적합한 코팅제거제가 사용되어야 하며, 적절한 식각조건에 대한 주의가 필요할 것이다.
Purpose: We investigated the changes of plastic lens after etching of coating films by comparing uncoated lens. Methods: CR-39, middle index and high index lenses of 0 (zero) diopter were etched at $80^{\circ}C$ and room temperature using a coating remover, and then changes of refractive ...
Purpose: We investigated the changes of plastic lens after etching of coating films by comparing uncoated lens. Methods: CR-39, middle index and high index lenses of 0 (zero) diopter were etched at $80^{\circ}C$ and room temperature using a coating remover, and then changes of refractive power, transmittance and surface morphology were investigated. Results: There were no differences in refractive power and transmittance between uncoated and etched lenses. The etching rate was similar in both CR-39 and middle index lens, but in the case of high index lens, it was slower and less steady than the others. From the SEM observation of lens surface, etching damage was found out on the surface of etched lens. It was shown the least damage in middle index lens but the most damage in high index lens. Conclusions: If the etching of coating films is demanded on condition that the surface of ophthalmic lenses are not damaged, a using of most adequate coating remover based on lens material should be considered, and a caution for proper etching conditions is required.
Purpose: We investigated the changes of plastic lens after etching of coating films by comparing uncoated lens. Methods: CR-39, middle index and high index lenses of 0 (zero) diopter were etched at $80^{\circ}C$ and room temperature using a coating remover, and then changes of refractive power, transmittance and surface morphology were investigated. Results: There were no differences in refractive power and transmittance between uncoated and etched lenses. The etching rate was similar in both CR-39 and middle index lens, but in the case of high index lens, it was slower and less steady than the others. From the SEM observation of lens surface, etching damage was found out on the surface of etched lens. It was shown the least damage in middle index lens but the most damage in high index lens. Conclusions: If the etching of coating films is demanded on condition that the surface of ophthalmic lenses are not damaged, a using of most adequate coating remover based on lens material should be considered, and a caution for proper etching conditions is required.
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문제 정의
구분한다는 것은 거의 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 시력교정용으로 사용되는 렌즈의 코팅을 조건에 따라 화학적으로 식각하고, 렌즈 표면의 변화와 광학적 변화를 확인하여 화학적 식각이 렌즈의 특성에 미치는 변화를 살펴 보고자 하였다.
내외적으로 안경렌즈의 식각과 관련한 연구는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 렌즈의 코팅막을 식각하고 렌즈의 특성변화를 살펴보았다. 식각속도, 주사전자현미 경에 의한 표면상태 분석 등을 고려하면 본 연구에 사용된 코팅제거제는 중굴절률 렌즈에 가장 잘 작용하는 것으로 생각된다.
제안 방법
모든 렌즈들은 식각 전 외관검사를 통하여 흠, 긁힘, 왜곡, 맥리, 투명도 등의 이상유무를 확인하였다. 또한 렌즈표면에 코팅막의 부착력은 식각에 영향을 미칠 것이므로 ASTM D 3359방법에 의한 코팅막 부착력时을 측정하였으며, 모두 사용에 문제가 없는 5B 로 관찰되 었다.
0)을 사용하였다. 렌즈의 식각조건은 80oC 10분, 30 분, 1시간 그리고 상온에서 30시간 담그기하는 군으로 나누었다. 코팅막의 식각 전후 렌즈의 굴절력은 자동렌즈 미터 (CL-200, Topcon, Japan)를 사용하여 0.
60) 렌즈를 사용하였다. 모든 렌즈들은 식각 전 외관검사를 통하여 흠, 긁힘, 왜곡, 맥리, 투명도 등의 이상유무를 확인하였다. 또한 렌즈표면에 코팅막의 부착력은 식각에 영향을 미칠 것이므로 ASTM D 3359방법에 의한 코팅막 부착력时을 측정하였으며, 모두 사용에 문제가 없는 5B 로 관찰되 었다.
시중에 유통되는 하드코팅과 멀티코팅이 된 플라스틱 렌즈들을 이용하여 코팅제거제에 의한 화학적 식각을 실시하고 무코팅렌즈를 기준으로 비교하였다. 렌즈는 국내 D 사에서 생산되는 굴절력 0 디옵터 (diopter)의 굴절률이 다른 CR-39(n=1.
렌즈의 식각조건은 80oC 10분, 30 분, 1시간 그리고 상온에서 30시간 담그기하는 군으로 나누었다. 코팅막의 식각 전후 렌즈의 굴절력은 자동렌즈 미터 (CL-200, Topcon, Japan)를 사용하여 0.01 디옵터 간격으로 측정하였고, 투과율은 UV/Vis spectrometer (X-ma 2000, Human, Korea) 를 사용하여 1 nm 간격으로 700 nm 에서 350nm까지 파장에 따라 측정하였다. 특히 코팅막의 화학적 식각으로 인한 렌즈의 표면상태 변화를 미시적으로 분석하기 위해 주사전자현미경 (SEM, scanning electron microscope, S-4800, Hitachi, Japan)으로 관찰하였다.
01 디옵터 간격으로 측정하였고, 투과율은 UV/Vis spectrometer (X-ma 2000, Human, Korea) 를 사용하여 1 nm 간격으로 700 nm 에서 350nm까지 파장에 따라 측정하였다. 특히 코팅막의 화학적 식각으로 인한 렌즈의 표면상태 변화를 미시적으로 분석하기 위해 주사전자현미경 (SEM, scanning electron microscope, S-4800, Hitachi, Japan)으로 관찰하였다.
대상 데이터
무코팅렌즈를 기준으로 비교하였다. 렌즈는 국내 D 사에서 생산되는 굴절력 0 디옵터 (diopter)의 굴절률이 다른 CR-39(n=1.50), 중굴절 (n=1.55), 그리고 고굴절 (n=1.60) 렌즈를 사용하였다. 모든 렌즈들은 식각 전 외관검사를 통하여 흠, 긁힘, 왜곡, 맥리, 투명도 등의 이상유무를 확인하였다.
성능/효과
있다. CR-39 와 중굴절률렌즈에서는 코팅제거제에 의해 멀티코팅과 하드코팅막의 제거가 가능하나 고굴절률 렌즈에서는 코팅막의 제거가 어려운 것으로 나타났다. 불산은 실리콘 산화막을 식각하는데 효과적이지만 산성분위기에서 제거된 미세입자가 다시 렌즈 표면에 재흡착될 수 있는데, 이는 황이 포함된 폴리우레탄 계열의 고굴절률 렌즈에서 더 심하며, 식각된 표면도 CR-39 와 중굴절률 렌즈보다 더 거칠어질 수 있는 것으로 나타났다.
CR-39 와 중굴절률렌즈의 식각속도는 비슷하였으며, 고굴절률렌즈는 상당히 늦고 불규칙적인 것으로 관찰되었다. CR-39 렌즈의 식각시간에 따른 미세 표면 (Fig.
고굴절률렌즈의 미세 표면 (Fig. 5) 관찰결과, 80oC 10 분, 30분 그리고 상온 30시간의 식각에서는 코팅막이 제대로 제거되지 못하고 얼룩형태로 남아 있었으나, 80oC 1 시간의 식각으로 코팅막의 제거가 가능하였고, CR-39 와중 굴절률 렌즈보다 큰 그레인들이 분포하고 있음을 볼 수 있었다. 고굴절률렌즈는 코팅막 제거도 어렵지만 식각 후렌즈 표면에 재흡착 반응도 상당히 강했는데, 렌즈 표면에 재흡착된 막은 부드러운 천으로 살짝 문질러 제거가 가능하였다.
1)을 살펴보면, 멀티코팅이 된 렌즈에 비해 무코팅렌즈와 코팅이 식각된 렌즈들의 투과율은 감소되었으며, 렌즈의 굴절률이 커질수록 단파장 광선의 차단효과가 커짐을 알 수 있었다. 렌즈 굴절률별로 무코팅 렌즈와 코팅이 제거된 모든 렌즈들의 투과율은 거의 일치하였고, 가시광선 영역에서 파장에 따라 거의 일정한 투과율을 보였다. 또한 시감투과율이 가장 좋은 555 nm에서의 투과율도 거의 비슷한 수치를 나타내었다(Table 1)[10].
CR-39 와 중굴절률렌즈에서는 코팅제거제에 의해 멀티코팅과 하드코팅막의 제거가 가능하나 고굴절률 렌즈에서는 코팅막의 제거가 어려운 것으로 나타났다. 불산은 실리콘 산화막을 식각하는데 효과적이지만 산성분위기에서 제거된 미세입자가 다시 렌즈 표면에 재흡착될 수 있는데, 이는 황이 포함된 폴리우레탄 계열의 고굴절률 렌즈에서 더 심하며, 식각된 표면도 CR-39 와 중굴절률 렌즈보다 더 거칠어질 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 코팅막 제거 후 렌즈의 재사용에 제한을 줄 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 렌즈의 코팅막을 식각하고 렌즈의 특성변화를 살펴보았다. 식각속도, 주사전자현미 경에 의한 표면상태 분석 등을 고려하면 본 연구에 사용된 코팅제거제는 중굴절률 렌즈에 가장 잘 작용하는 것으로 생각된다. 안경렌즈가 시력 및 시기능에 직접적인 영향을 준다는 점을 고려하면, 렌즈소재에 따른 코팅제의 선택은 물론이고 , 소재에 맞는 코팅제거제 사용, 온도와 시간 등 적절한 식각조건이 제시되어야 할 필요가 있다.
식각의 반응에 따라 표면손상이 분화구 형태, 피라미드 형태, 침상형태 등으로 나타날 수 있으나, 본 연구 결과에서는 그레인 (grain) 들이 분포하고 있는 형태로 관찰되었다. CR-39 와 중굴절률렌즈의 식각속도는 비슷하였으며, 고굴절률렌즈는 상당히 늦고 불규칙적인 것으로 관찰되었다.
렌즈의 전후면에서 빛의 반사율은 렌즈의 굴절률이 클수록 커지지만 반사방지막의 코팅으로 투과율을 증가시킬 수 있다. 코팅렌즈와 무코팅렌즈 및 시간에 따라 식각된 렌즈의 파장에 따른 광투과율 (Fig. 1)을 살펴보면, 멀티코팅이 된 렌즈에 비해 무코팅렌즈와 코팅이 식각된 렌즈들의 투과율은 감소되었으며, 렌즈의 굴절률이 커질수록 단파장 광선의 차단효과가 커짐을 알 수 있었다. 렌즈 굴절률별로 무코팅 렌즈와 코팅이 제거된 모든 렌즈들의 투과율은 거의 일치하였고, 가시광선 영역에서 파장에 따라 거의 일정한 투과율을 보였다.
02 디옵터 이내의 적은 오차를 보여 국제규격 및 한국산업규격에 적합하였다[7, 8]. 코팅제거제로 멀티코팅과 하드코팅을 식각하고 재측정한 결과 모든 렌즈의 굴절력은 코팅제거 전과 비교하여 변화가 없는 것으로 나타나 얇은 코팅막은 렌즈의 굴절력에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
후속연구
안경렌즈가 시력 및 시기능에 직접적인 영향을 준다는 점을 고려하면, 렌즈소재에 따른 코팅제의 선택은 물론이고 , 소재에 맞는 코팅제거제 사용, 온도와 시간 등 적절한 식각조건이 제시되어야 할 필요가 있다. 또한 식각으로 인한 렌즈 표면의 손상이 렌즈의 염색에 미치는 영향, 렌즈표면에 발생된 미세손상이 시력변화에 미치는 영향 등 관련된 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.
참고문헌 (14)
김상연, "플라스틱 안경렌즈에 관한 고찰", 한국안광학회지, 1(1):65-72(1996).
ISO 8980-1, ''Ophthalmic optics - Uncut finished spectacle lenses, Part 1 Specifications for single-vision and multifocal lenses", International Organization for Standardization, Geneve(2004).
KS P 4403, "안광학 완제품 안경렌즈", 산업표준심의회, 서울(2004).
성풍주, "안경재료학', 대학서림, 서울, pp. 48(2008).
Walker B. H., "Optical design for visual systems", SPIE, Washington, pp. 3-5(2000).
김택승, 한승철, 김재관, 이지면, "KOH를 이용한 N-face GaN의 습식 식각으로 인한 표면 변화", 대한금속 재료학회지, 46(4):217-222(2008).
Jun M. C., Kim Y. S., and Han M. K., "Polycrystalline silicon oxidation method improving surface roughness at the oxide/polycrystalline silicon interface", Appl. Phys. Lett. 66(17):2206-2208( 1995).
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