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ISSN(print) 1226-5012 23(2):73-84, June 2018 < 초청논문 > http://dx.doi.org/10.14479/jkoos.2018.23.2.73 The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored Spectacle Lenses by Thermal Stress Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park* Dept.

the changes in composition ratio and surface of colored spectacle lenses made of allyl diglycol carbonate treated with hard coating film, multi-layered coating film, and mirror coating film,

1 ISSN(print) (2):73-84, June 2018 < 초청논문 > The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored Spectacle Lenses by Thermal Stress Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park* Dept. of Optometry, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 01811, Korea (Received May 9, 2018: Revised May 31, 2018: Accepted June 11, 2018) Purpose: This study was aimed to investigate the changes in composition ratio and surface of colored spectacle lenses made of allyl diglycol carbonate treated with hard coating film, multi-layered coating film, and mirror coating film, respectively, caused by thermal stresses. Methods: The colored lenses were observed with a digital single lens camera and a polarizing microscope after the exposure for 4 hours at high temperatures of 25, 50, 75, and 100 o C, and then further compared with the change in transparent lenses. In addition, the change in composition ratio of the coating films of the colored lenses was analyzed by using a laser-induced breakdown spectroscopy. Results: The surface changes of hard coating films of the colored lenses were not observed even with thermal stress of 100 o C. The surface changes in multi-layered coating and mirror coating films of the colored lenses have been observed at a temperature of 75 o C and the surface damages have been detected at a lower temperature compared with the transparent lenses. The composition ratio in coating films of colored lenses was changed by thermal stresses, and the largest change was found in multi-layered coating film. Conclusions: The coatings of colored spectacle lenses have been found to be more sensitive to thermal stress than those of transparent lenses. In this study, it is suggested that methods for stabilizing the coating films should be considered in the case of colored lenses compared to the transparent lenses. The necessity for storage and management of colored lenses against repeated thermal stress in daily life is also suggested. Key words: Colored spectacle lenses, Thermal stress, Hard coating, Multi-layered coating, Mirror coating, Surface change, Composition ratio 서론여름철온도가가장높은오후 2시에직사광선에노출된자동차실내온도와실외온도측정시실외온도가약 33 o C일때실내온도 (dashboard에서측정 ) 는 100 o C까지상승하였다. [1] 또한, 자동차실외온도와실내온도가 2 ~ 3배정도의차이를보였다. 이처럼여름철에는열에영향을받는시력보정용구의사용에주의를기울여야하며특히, 자동차실내에보관하여고열에노출될가능성이큰선글라스는열에대해변형될가능성에대해관심을가져야할필요성이있다. 선글라스의경우염색제침지공정이더해지므로이로인하여렌즈-코팅막의안정성및팽창계수가영향을받을가능성이있다. 안경렌즈의착색은코팅막을입히기전에이루어지며, 렌즈를 80~90 o C 정도의염색액속에일정시간침지시키면렌즈를구성하는분자간격이넓어져염색 제의분자들이그속에침투하게된다. 일정농도로염색제가침투하게되면온도를낮추게되고그로인하여분자간간격이좁아지며침투된분자가갇히게되면염색제가정착되어착색렌즈가완성되게된다. [2] 착색렌즈는투명렌즈와비교하여착색여부만다르다고생각하기쉽다. 그러나착색렌즈는착색공정중의열처리및화학약품처리와같이착색성분에의해렌즈성분의구성에변화를유발하여투명렌즈와는다른표면특성을가지게될가능성이크다. 선행연구에서하드코팅과멀티코팅이되어있는재질및굴절률이다른플라스틱투명렌즈를대상으로하여열에의한코팅막의변화를굴절률, 강도, 광선투과율, 접촉각등과같은광학적및기계적인측면에서관찰한바있으나 [3-5] 착색렌즈의열스트레스에대한변형에대해서는연구된바없다. 착색렌즈의경우는여름철자동차안에장시간동안반복적으로보관되어있을가능성이투명렌 *Corresponding author: Mijung Park, TEL: , mjpark@seoultech.ac.kr 본논문의일부내용은 2016년도한국안광학회동계학술대회에서포스터로발표되었음. 73

2 74 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park 즈에비해휠씬더크지만코팅막의안정성에대해서는투명렌즈와큰차이없이관리되고제조되고있다. 이에본연구에서는아릴-디글리콜-카보네이트 (allyl diglycol carbonate) 재질에하드코팅막, 멀티코팅막, 미러코팅막이각각입혀진착색렌즈가열스트레스에노출되었을때의표면변화와코팅막성분구성비의변화가있는지알아보아착색렌즈의열에대한안정성을확인하고, 염색제에의해코팅막의안정성이영향을받는지를알아보고자하였다. 대상및방법 1. 실험재료현재시중에선글라스용착색렌즈로사용되고있는플라스틱렌즈중아릴-디글리콜-카보네이트 (ADC 렌즈, CR-39) 재질을연구대상으로하였으며열스트레스에의해착색렌즈코팅막과투명렌즈코팅막의변화에차이가있는지를비교하기위해동일한재질의투명렌즈를비교대상으로같이사용하였다. 착색렌즈의색상은회색이었다 ( 일도광학, Korea) (Table 1). 연구에사용한착색렌즈와투명렌즈는하드코팅 (hard coating, HD coating), 멀티코팅 (multi-layered coating, MT coating), 또는미러코팅 (mirror coating, MR coating) 이되어있는렌즈였으며, 코팅막의특성에따른차이를알아보기위해한종류의코팅으로만처리된안경렌즈를사용하였다. 렌즈각각에대해실험조건당 3개씩사용하여실험하였다. 모든렌즈에대해육안검사를실시하여흠이나긁힘, 왜곡등표면상태의이상이없음을확인한후에연구를진행하였다. 열스트레스에대한저항성을평가하기위해각렌즈를고온건조기 (WOF-155, DAIHAN Scientific, Korea) 를사용하여 25 o C( 습도 45.7±0.6), 50 o C( 습도 28.7±1.2), 75 o C( 습도 16.7±1.5), 100 o C( 습도 11.0±1.0) 의온도에서 4 시간동안열처리하였다. 열처리된렌즈는최소 1시간이상상온에서식혔으며발생할수있는이물질제거를위해증류수를이용하여깨끗하게세척하고물기를완전히 제거한후실험을진행하였다. 2. 성분및표면변화평가코팅막의성분변화는레이저유도분광분석법 (laserinduced breakdown spectroscopy, J200 tandem, Applied spectra, US) 를이용하여 125 µm의 laser beam size, 0.5 µs 의 delay time으로각렌즈마다 2지점을선택하여측정하였다. PCA(principle component analysis) 를이용하여성분의차이를확인하였다. 표면은편광현미경 (DL-400P, Dongwonsystems, Korea) 으로 40배확대하여의료용카메라 (GC-415N-G, Honeywell, US) 로촬영하였다. 또한, 디지털일안반사식카메라 (digital single lens reflex camera, EOS 500D, Canon, Japan) 로촬영하여관찰하였다. 결과및고찰 1. 여름철자동차실내온도실측선글라스용착색렌즈에대한적절한열스트레스가몇 o C인지를알아보기위해여름철자동차실내온도를측정하였다. 7월말에서 8월초까지흐린날을제외하고낮동안의최대온도가 30 o C 이상인 5일동안 10시부터 19시까지 1시간간격으로자동차실내온도와실외온도를측정하였다. 자동차실내온도를측정한위치는대시보드 (dashboard) 였다. 실외온도는최저 28.4 o C, 최고 33.6 o C이었으며, 자동차실내온도는최저 36.6 o C, 최고 84.6 o C이었다. 또한오전 10시부터오후 4시까지의자동차실내온도가 60 o C 이상이었으며, 오전 11시부터오후 3시까지 4시간동안의자동차실내온도는 75 o C 이상이었다 (Fig. 1). 본연구에서는여름철자동차실내온도조건으로 75 o C 4시간노출을기본으로하여 25 o C 간격으로열스트 Table 1. Transparent and colored spectacle lenses used in the study Material Allyl diglycol carbonate Refractive index (n d ) Abbe number 57.8 Density (g/cm 3 ) 1.32 Dyeing Transparent, Gray Diameter (mm) 74 Fig. 1. The temperature inside and outside a car in summer.

C는도로교통공단의자료에서제시할수있는여름철에자동차안에서측정될수있는온도를대표하게된다. 2.

멀티코팅, 미러코팅된착색렌즈의표면변화가유발되었는지를알아보았으며, 투명렌즈와차이가있는지를비교하였다.

코팅이손상되었을때디지털일안반사식카메라에서는표면의거친면이관찰되었고, 편광현미경에서는크랙 (crack) 이

하드코팅된투명렌즈도마찬가지양상을보여모든온도에서변화를관찰할수없었다 (Table 2, 3).

100 o C에서는손상이쉽게 투명렌즈의경우는멀티코팅및미러코팅모두 25 o C, 50 o C, 75 o

3 The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored Spectacle Lenses by Thermal Stress 75 레스온도조건을정하였다. 25 o C는실내온도를대표하며, 50 o C는안경렌즈보관온도한계온도, 100 o C는도로교통공단의자료에서제시할수있는여름철에자동차안에서측정될수있는온도를대표하게된다. 2. 표면변화 25 o C, 50 o C, 75 o C, 100 o C에서의 4시간동안노출에의해하드코팅, 멀티코팅, 미러코팅된착색렌즈의표면변화가유발되었는지를알아보았으며, 투명렌즈와차이가있는지를비교하였다. 코팅의손상은디지털일안반사식카메라와편광현미경으로 40배확대하여관찰하였다. 코팅이손상되었을때디지털일안반사식카메라에서는표면의거친면이관찰되었고, 편광현미경에서는크랙 (crack) 이 관찰되었다. 하드코팅된착색렌즈는디지털일안반사식카메라관찰과편광현미경관찰에서 100 o C의열스트레스에서도손상되지않음을확인할수있었다. 하드코팅된투명렌즈도마찬가지양상을보여모든온도에서변화를관찰할수없었다 (Table 2, 3). 멀티코팅또는미러코팅된착색렌즈는 25 o C와 50 o C에서는표면손상이관찰되지않았으나 75 o C 와 100 o C에서는손상이쉽게관찰되었다. 투명렌즈의경우는멀티코팅및미러코팅모두 25 o C, 50 o C, 75 o C에서는손상이관찰되지않았으나, 100 o C의열스트레스에서는표면의손상이확인되었다. 멀티코팅또는미러코팅된착색렌즈는투명렌즈보다더낮은온도에서손상이시작되었을뿐만아니라손상의정도도훨씬더컸다. 디지털일 Table 2. Surface change of hard coating film on spectacle lenses examined by a digital single lens reflex camera Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses

76 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Table 3.

Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses 25 50 75 100 안반사식카메라로관찰하였을때착색렌즈의 75 o

편광현미경으로 40배확대하여관찰하였을때에도멀티코팅또는미러코팅된투명렌즈에대한 100 o C 열스트레스보다착색렌즈에대한 75 o C

편광현미경관찰에서는멀티코팅이미러코팅보다크랙이더많이관찰되어멀티코팅의손상이더큼을확인할수있었다 (Table 4-7). 3.

이를통해코팅막의특성에따라표면의구성원소의분광학적데이터가다름을알수있었다 (Fig. 2). 각코팅별성분의차이를분석하였을때, 하드코팅의구성원소는 C(247.9 nm), Sb(259.

4 76 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Table 3. Surface change of hard coating film on spectacle lenses examined by a polarizing microscope (X40) Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses 안반사식카메라로관찰하였을때착색렌즈의 75 o C에서의손상이투명렌즈의 100 o C에서의손상보다더컸다. 투명렌즈가 100 o C에서노출되었을때에는일부분만손상되었으나, 착색렌즈는모든부분에서의손상이관찰되었다. 편광현미경으로 40배확대하여관찰하였을때에도멀티코팅또는미러코팅된투명렌즈에대한 100 o C 열스트레스보다착색렌즈에대한 75 o C 열스트레스가표면의변화를더크게유발하여많은크랙이관찰되는것을확인할수있었다. 편광현미경관찰에서는멀티코팅이미러코팅보다크랙이더많이관찰되어멀티코팅의손상이더큼을확인할수있었다 (Table 4-7). 3. 성분변화 PCA를통해일차적으로성분구성비를분류하였을때 하드코팅, 멀티코팅, 또는미러코팅된착색렌즈는각각그룹 A, B, C로구분되었으며이를통해성분구성이확연히다르게나타났다. 이를통해코팅막의특성에따라표면의구성원소의분광학적데이터가다름을알수있었다 (Fig. 2). 각코팅별성분의차이를분석하였을때, 하드코팅의구성원소는 C(247.9 nm), Sb(259.8 nm), Si(288.1 nm), Na(588.9 nm), K(766.5 nm) 이었다 (Fig. 3). 열스트레스에의한하드코팅구성성분의변화를알아보기위해 C의농도를 1로하여성분의상대비를비교하였다. 하드코팅의성분비는 25 o C에서 Sb는 0.37, Si는 4.44, Na은 75.07, K 는 0.36, 100 o C에서는 Sb는 0.30, Si는 3.85, Na은 61.30, K는 0.22이었다. 100 o C의열스트레스가착색렌즈의하드코팅에주어지게되면 25 o C에비해 Sb는 18%, Si는 13%,

The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored

Surface change of multi-layered coating film on spectacle lenses examined by

Transparent lenses 25 50 75 100 Na는 18%, K는 38%

9 nm), Si(288.1 nm), Mn(357.8 nm), Zr(369.8 nm), Na(588.9 nm), O(777.

C의농도를 1로하여열스트레스에의한멀티코팅구성성분의상대비를비교하였을때, 멀티코팅의성분비는 25 o C에서 Si는 34.00, Mn은 154.

O은 47% 낮은함량비를보였다 (Table 9). 하드코팅에비해멀티코팅의경우가열스트레스에의해함량비의변화폭이큰것으로나타났다.

5 The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored Spectacle Lenses by Thermal Stress 77 Table 4. Surface change of multi-layered coating film on spectacle lenses examined by a digital single lens reflex camera Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses Na는 18%, K는 38% 낮은함량비를보여열스트레스에의한하드코팅막의함량비에변화가유발된다는것을확인할수있었다 (Table 8). 멀티코팅의구성원소는 C(247.9 nm), Si(288.1 nm), Mn(357.8 nm), Zr(369.8 nm), Na(588.9 nm), O(777.4 nm) 이었다 (Fig. 4). 로하드코팅에비해 Mn, Zr, O가추가되었으며, Sb는함유하고있지않았다. C의농도를 1로하여열스트레스에의한멀티코팅구성성분의상대비를비교하였을때, 멀티코팅의성분비는 25 o C에서 Si는 34.00, Mn은 , Zr은 , Na은 , O은 73.00이었으며, 100 o C에서 Si는 15.00, Mn은 73.00, Zr은 61.00, Na은 , O은 38.50이었다. 100 o C의열스트레스가착색렌즈의멀티코팅에주어지게되면 25 o C에비해 Si는 55%, Mn은 52%, Zr은 53%, Na은 37%, O은 47% 낮은함량비를보였다 (Table 9). 하드코팅에비해멀티코팅의경우가열스트레스에의해함량비의변화폭이큰것으로나타났다. 미러코팅의구성원소는 C(247.8 nm), Si(288.1 nm), Ti(308.8 nm), Zr(369.8 nm), Cr(425.4 nm), Na(588.9 nm) 이었다 (Fig. 5). 열스트레스에의한미러코팅구성성분의변화를비교하였을때, 미러코팅의성분비는 25 o C에서 Si 는 15.60, Ti은 80.62, Zr은 7.00, Cr은 5.85, Na은 98.90이었으며, 100 o C에서 Si는 13.55, Ti은 68.70, Zr은 5.35, Cr 은 4.85, Na은 91.20이었다 100 o C의열스트레스가착색렌즈의미러코팅에주어지게되면 25 o C에비해 Si는 13%, Ti은 14%, Zr은 23%, Cr은 17%, Na은 7% 낮은수치를

78 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Table 5.

Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses 25 50 75 100 보였다 (Table 10). 성분함량비의감소정도는멀티코팅보다작았다.

유 [4] 는일상생활에서안경을착용하면서안경렌즈가손상될수있는요소들중에하나가열에노출되는것이며, 안경을자동차안에보관하면열에노출되어그로인하여박막의부착력의감소하고안경렌즈의수명이짧아질수있다고하였다.

00 D의 2 종의 thiourethane계열투명렌즈와 1 종의아릴-디글리콜-카보네이트소재의투 명렌즈를 5시간동안 25 o C, 50 o C, 80 o C, 100 o C의열에노출한후반사방지코팅, 하드코팅,

6 78 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Table 5. Surface change of multi-layered coating film on spectacle lenses examined by a polarizing microscope (X40) Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses 보였다 (Table 10). 성분함량비의감소정도는멀티코팅보다작았다. 하드코팅과비교하여서는성분에따라서다소달랐지만큰차이는없었다. 유 [4] 는일상생활에서안경을착용하면서안경렌즈가손상될수있는요소들중에하나가열에노출되는것이며, 안경을자동차안에보관하면열에노출되어그로인하여박막의부착력의감소하고안경렌즈의수명이짧아질수있다고하였다. 본연구에서는여름철자동차실내온도가 80 o C 이상될수있음을확인하였고, 1회의열스트레스에노출만으로도코팅막의변화가초래됨을밝혔다. 열스트레스에의한저항성은코팅막의종류에따라서달라지게된다. 노 [3] 는 3.00 D의 2 종의 thiourethane계열투명렌즈와 1 종의아릴-디글리콜-카보네이트소재의투 명렌즈를 5시간동안 25 o C, 50 o C, 80 o C, 100 o C의열에노출한후반사방지코팅, 하드코팅, 수막방지코팅의변화를관찰하였다. 본연구에서의연구대상이되는코팅은하드코팅, 멀티코팅, 미러코팅이며하나의렌즈에한개의코팅막이입혀진상태이나노 [3] 의연구에서의코팅은하나의렌즈에 3개의코팅막이동시에입혀져있는상태라는점에서차이가있다. 노 [3] 의연구에서는두재질의렌즈모두에서 80 o C 이상에서는광투과율과접촉각의변화가관찰되었으나표면의변화는 100 o C 이상에서만주사전자현미경이나세극등현미경을이용한고배율의관찰을통해나타났다. 본연구에서는하드코팅의경우는투명렌즈와착색렌즈모두최대 40배배율의관찰에서는표면손상이관찰되지않았다. 반면, 본연구에서는멀티코팅과미러코

examined by a digital single lens reflex camera Temperature

조등 [5] 의연구에서는투명안경렌즈표면의변화를 70 o C에서 1시간, 75 o C에서 10분, 100 o

55의중굴절렌즈를사용하였으며착색렌즈의변화를알아보기위해 투명렌즈의변화를비교하였다는점에서다른의미를가지고있다.

7 The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored Spectacle Lenses by Thermal Stress 79 Table 6. Surface change of mirror coating film on spectacle lenses examined by a digital single lens reflex camera Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses 팅에서는 75 o C의온도에서표면의손상이유발되며, 하드코팅의경우멀티코팅과미러코팅에비해열스트레스에대한저항성이더강함을확인할수있었다. 조등 [5] 의연구에서는투명안경렌즈표면의변화를 70 o C에서 1시간, 75 o C에서 10분, 100 o C에서 10초로제안한바있다. 그러나조등 [5] 의연구에서는물속에담근상태에서열스트레스를주어, 온전히열에의한영향이아니라열과습기에의한영향이같이주어진상태이므로더빠르고큰변화가초래된것으로보인다. 노 [3] 와조등 [5] 의연구에서는모두투명렌즈를사용하였고, 굴절률의차이에따라열스트레스에대해다른변화가나타남을밝혔다. 본연구에서는굴절률 1.55의중굴절렌즈를사용하였으며착색렌즈의변화를알아보기위해 투명렌즈의변화를비교하였다는점에서다른의미를가지고있다. 착색플라스틱렌즈의경우는염색제를고온 (80~90 o C 정도 ) 으로가열하고그속에일정시간침지시켜고온에의해렌즈를구성하는고분자화합물의분자간격이넓어지게되면그간격사이로염색제분자가침투하게한뒤온도를낮춰서렌즈분자간의간격을좁게하여침투된염색제분자가렌즈의고분자화합물사이에갇히게하는착색법을일반적으로사용한다. [6] 염색제는표면에가장고농도로존재하고, 내부로들어갈수록농도가낮아진다. 이러한염색제의존재는렌즈표면의코팅막의안정성에영향을미칠가능성이크며본연구를통해염색제에의해코팅막이영향을받음을밝혔다. 또한, 본연구에서는플라스틱렌즈의연질성표면을강

80 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Table 7.

o C) Colored lenses Transparent lenses 25 50 75 100 화하기위한고경도의실리콘계수지막을입히는하드코팅이멀티코팅이나미러코팅보다열스트레스에대해더안정적임을밝혔다.

[7-9] 하드코팅의경우는고분자인안경렌즈바로위에코팅이되어있고, 멀티코팅의경우는열팽창계수가작아안경렌즈와의열팽창계수차이가더크기때문에하드코팅에비해멀티코팅에서의균열이더잘발생하는것으로보인다.

본연구에서는열스트레스에의해착색렌즈코팅막의성분변화가초래됨을밝혔다. 본연구에서는 LIBS을이용하여코팅막의성분분석을하였다.

8 80 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Table 7. Surface change of mirror coating film on spectacle lenses examined by a polarizing microscope (X40) Temperature ( o C) Colored lenses Transparent lenses 화하기위한고경도의실리콘계수지막을입히는하드코팅이멀티코팅이나미러코팅보다열스트레스에대해더안정적임을밝혔다. 이렇게코팅별로영향을미치는것은코팅막의종류에따라열팽창계수가다르기때문이다. 코팅막의균열이적게되기위해서는안경렌즈재질과코팅막간의열팽창계수의차이가크지않는것이필요하다. [7-9] 하드코팅의경우는고분자인안경렌즈바로위에코팅이되어있고, 멀티코팅의경우는열팽창계수가작아안경렌즈와의열팽창계수차이가더크기때문에하드코팅에비해멀티코팅에서의균열이더잘발생하는것으로보인다. [10,11] 기존의연구들에서는열스트레스에의해렌즈코팅막의표면변화나강도, 광투과율, 접촉각변화등과같이코팅막의기능에대한연구가이루어졌으나코팅막의성분 함량변화에대한연구는수행된바없으며, 본연구에서는열스트레스에의해착색렌즈코팅막의성분변화가초래됨을밝혔다. 본연구에서는 LIBS을이용하여코팅막의성분분석을하였다. 김 [12] 의연구에서용접을통해접합된연강 (SPHC) 의성분함량비를 LIBS을이용한플라즈마피크분석으로분석하였으며, 연강의함유원소가 Fe, Si, Mn, P, S 등이라는것을확인하였다. 안경렌즈코팅막의성분분석을또한피크의크기를깊이방향으로측정한스펙트럼피크값을비교하여구성성분함량비를분석할수있었다. 본연구에서측정된착색렌즈의하드코팅의구성원소는 C, Sb, Si, Na, K, 멀티코팅의구성원소는 C, Si, Mn, Zr, Na, O, 미러코팅의구성원소는 C, Si, Ti, Zr, Cr, Na이

9 The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored Spectacle Lenses by Thermal Stress 81 었다. 일반적으로 안경렌즈의 하드코팅은 실리콘계나 불소계 수지용액에 침지시키는 코팅을 사용하는 데[13-15] 본 연구 에서 사용한 하드코팅은 성분 분석 결과 실리콘계 수지용 액을 사용한 것으로 나타났다. 멀티코팅(반사방지막 코팅)은 가시광선의 투과율 향상과 고스트상의 발생 방지를 위해 불화마그네슘, 불화세륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄 등 을 진공증착시켜 막을 형성한다.[16,17] 본 연구에서 사용한 멀티코팅에서는 Zr이 상당량 함유되어 있었다. 미러코팅 은 저굴절률 유전체 박막(산화실리콘)과 고굴절률 유전체 박막(산화티타늄, 산화지르코늄)을 교대로 증착시켜 만들 어진 막이며[18,19] 본 연구에서도 미러코팅막에서 Si, Ti, Zr 이 모두 검출되었다. 코팅막을 구성하고 있는 원소별 상대 농도를 분석하였 을 때 열 스트레스에 의해 하드코팅은 15% ~ 63%, 멀티 코팅은 60 ~ 121%, 미러코팅은 9% ~ 33% 정도의 성분비 Table 8. Relative changes in the composition of elements constituting hard coating film caused by thermal stress Element Fig. 2. PCA 3D Scatter plot. Group A; Hard coated lens, Group B; Multilayer coated lens, Group C; Mirror coated lens Relative composition ratio 25oC 100oC C Sb 0.37± ±0.06 Si 4.44± ±0.45 Na 75.07± ±2.60 K 0.36± ±0.01 Fig. 3. Spectrum of the elements analyzed in hard coating film of colored lenses.

82 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Fig. 4. Spectrum of the elements analyzed in multi-layered coating film of colored lenses. Table 9.

10 82 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park Fig. 4. Spectrum of the elements analyzed in multi-layered coating film of colored lenses. Table 9. Relative changes in the composition of elements constituting multi-layered coating film caused by thermal stress Relative composition ratio Element 25 o C 100 o C C Si 34.00± ±0.00 Mn ± ±7.07 Zr ± ±1.41 Na ± ±16.26 O 73.00± ±0.71 Table 10. Relative changes in the composition of elements constituting mirror coating film caused by thermal stress Relative composition ratio Element 25 o C 100 o C C Si 15.60± ±0.78 Ti 80.62± ±4.10 Zr 07.00± ±0.35 Cr 05.85± ±0.49 Na 98.90± ±4.53 의감소가나타나열스트레스에의해착색렌즈코팅막표면의원소의함량비에변화가초래되어코팅막의변형이막구성성분수준에서도발생하였음을확인할수있었다. 또한, 멀티코팅의경우성분함량비의변화폭이가장 컸으며, 미러코팅의경우가가장적은변화폭을보여코팅막에따라열스트레스에대한저항성이다름을알수있었다. 본연구는열스트레스만을고려하였으며습도에의한 Fig. 5. Spectrum of the elements analyzed in mirror coating film of colored lenses.

11 The Changes in Surface and Composition Ratio of Coating Films on Colored Spectacle Lenses by Thermal Stress 83 변수는고려하지않았다. 온도와더불어습도조건또한코팅막의안정성에영향을크게미치므로일정온도에서의다양한습도조건에서코팅막의변화에대한연구가추후진행될필요가있다고사료된다. 결 론 본연구에서는열스트레스에의해착색렌즈코팅막의표면과구성성분의함량비에변화가있는지를알아보았다. 열스트레스가가해졌을때착색렌즈의표면변화는코팅에따라차이가있었다. 하드코팅의경우에는 100 o C에서 4시간동안열스트레스를주었을때에도 40배의확대관찰에도표면변화가관찰되지않았다. 멀티코팅과미러코팅의경우는상온인 25 o C와안경렌즈보관제한온도인 50 o C에서표면변화가관찰되지않았으나, 75 o C에서는표면손상이나타났고, 100 o C에서의표면손상이더커졌다. 반면에투명렌즈는 75 o C에서는표면손상이나타나지않았고 100 o C에서손상이나타났다. 이러한결과를통해착색렌즈의코팅막은투명렌즈보다열스트레스에더약하다는것을알수있었다. 코팅막에크랙이발생하는것은안경렌즈와코팅막의열팽창계수차이에기인한것이며, 착색렌즈는염색제가렌즈내부뿐만아니라표면에침착되면서팽창계수를변화시켜나타나는결과로보여진다. 착색렌즈의코팅막성분변화평가를한결과원소별상대함량비가열스트레스에의해변화되는것으로나타났다. 열스트레스에의해성분함량비의변화는원소에따라하드코팅은 15% ~ 63%, 멀티코팅은 60% ~ 121%, 미러코팅은 9% ~ 33% 정도로상대비가낮아져열스트레스에의해착색렌즈코팅막표면의원소에변화가있음을알수있었다. 열스트레스에의해착색렌즈표면에발생한크랙은빛을산란시켜광학적인면에서의변화를초래할수있으며, 코팅막성분함량의변화는코팅막의기능변화를초래할수있을것으로보인다. 여름철자동차안과같은고온의조건에방치될가능성이높은착색렌즈가투명렌즈에비해열스트레스에상대적으로더취약하므로투명렌즈와는다른코팅막안정화방법이강구되어야할필요가있다고보여진다. 또한, 4시간동안의열스트레스에의해서도변화가유발되므로실제로일상생활에서유발될수있는반복적인열스트레스에의해서는더큰변화가발생할수있으므로선글라스보관에대한주의가필요함을제안한다. REFERENCES [1] KoROAD. How to cool down a heated car, _050&board_num=886&file_num=(9 May 2018). [2] Gang HS. Glasses materials, 5th Ed. Seoul: Shinkwangpub, 2010; [3] Noh H. Changes of thin film coating on polymer lenses with varying temperature. 2014;19(1):1-8. [4] Yu DS. A study on the functional coating of plastics lenses. PhD Thesis. Soonchunhyang University, Asan. 2007; [5] Cho HG, Moon BY. Study on the changes of ophthalmic plastic lens due to heating. 2011;16(3): [6] Choi EJ, Lee SU. Analysis of concentration distribution and diffusion depth in tinted lenses using the law of diffusion. 2011;16(4): [7] Han JW. Fracture behavior of ceramic coatings subjected to thermal shock. J Korean Soc Saf. 2003;18(4): [8] Han JW. Failure of ceramic coatings subjected to thermal cyclings. J Korean Soc Saf. 2005;20(2):1-5. [9] Chae YH, Moon HS. Kim S. Woo SK. Park JY. Lee KS. Thermal and mechanical evaluation of environmental barrier coatings for SiC f SiC composites. Composites Research. 2017;30(2): [10] Wang Y, Jing X. Intrinsically conducting polymers for electromagnetic interference shielding. Polym Adv Technol. 2005;16(4): [11] Kuhr M, Bauer S, Rothhaar U, Wolff D. Coatings on plastics with the PICVD technology. Thin Solid Films. 2003;442(1-2): [12] Kim J, Ko C. Non-contact measurement and analysis of surface hardness on welding steel using laser-induced breakdown spectroscopy. J Korean Soc Precis Eng. 2014;31(2): [13] Samson F. Ophthalmic lens coatings. Surf Coat Tech. 1996;81(1): [14] Schmauder T, Nauenburg KD, Kruse K, Ickes G. Hard coatings by plasma CVD on polycarbonate for automotive and optical applications. Thin Solid Films. 2006; 502(1-2): [15] Nakayama N, Hayashi T. Synthesis of novel UV-curable difunctional thiourethane methacrylate and studies on organic-inorganic nanocomposite hard coatings for high refractive index plastic lenses. Prog Org Coat. 2008;62(3): [16] Gang HS. Glasses materials, 5th Ed. Seoul: Shinkwangpub. 2010; [17] Kim KC. Anti-reflection coating technology based high refractive index lens with ultra-violet rays blocking function. J Korea Acad Industr Coop Soc. 2016;17(12): [18] Gang HS. Glasses materials, 5th Ed. Seoul: Shinkwangpub. 2010; [19] Park MC, Jung BY, Hwangbo CK. Analysis and design of half-mirror coating for sunglasses. J Korean Ophthalmic Opt Soc. 2003;8(2):

12 84 Sung-Sil Lee, Jae Myeong Song, So Ra Kim, and Mijung Park 열스트레스에의한착색렌즈코팅막의표면및구성성분비변화 이성실, 송재명, 김소라, 박미정 * 서울과학기술대학교안경광학과, 서울 투고일 (2018 년 5 월 9 일 ), 수정일 (2018 년 5 월 31 일 ), 게재확정일 (2018 년 6 월 11 일 ) 목적 : 본연구에서는하드코팅막, 멀티코팅막, 미러코팅막이각각입혀진아릴 - 디글리콜 - 카보네이트재질의착색렌즈가열스트레스에노출되었을때유발되는표면변화및구성성분비변화를알아보고자하였다. 방법 : 착색렌즈를 4 시간동안 25, 50, 75, 100 o C 의고온에노출시킨후디지털일안반사식카메라와편광현미경으로관찰하여투명렌즈에서의변화와비교하였다. 또한, laser-induced breakdown spectroscopy 를이용하여착색렌즈코팅막의성분함량비변화를분석하였다. 결과 : 착색렌즈의하드코팅은 100 o C 의열스트레스에서도표면변화가관찰되지않았다. 착색렌즈의멀티코팅과미러코팅은 75 o C 의온도에서부터표면변화가관찰되었으며, 투명렌즈보다더낮은온도에서표면손상이유발됨을확인하였다. 착색렌즈코팅막의성분함량비는열스트레스에의해변화되었으며멀티코팅의경우가장변화폭이컸다. 결론 : 착색렌즈코팅막은투명렌즈보다열스트레스에더민감하게변형됨을밝혔다. 본연구를통해착색렌즈는투명렌즈와다른코팅막안정화방법이강구되어야하며, 일상생활에서의반복적인열스트레스에대한보관및관리의필요성이있음을제안한다. 주제어 : 착색렌즈, 열스트레스, 하드코팅, 멀티코팅, 미러코팅, 표면변화, 성분함량비

00....

00.... Fig. 1 2.5%. 51.5%, 46.0%,.. /, Table 1 (U.V.; Ultraviolet 10-400 nm)/ (NIR; Near Infrared 700 nm - 5 µm) ( TiO 2, WO 3, ZnO, CeO, ATO, Sb 2O 3-ZnO, ITO.) (400 nm - 780 nm). /. Fig. 1.. 23 Table 1. / /