KR20190002858A - 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어에 관한 것으로, 상기 금형 코어는, 금형 코어 모재; 상기 금형 코어 모재의 표면에 형성된 크롬으로 이루어진 경질박막; 상기 경질박막의 표면에 형성된 옥시질화규소(silicon oxynitride)로 이루어진 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되는 다이아몬드 라이크 카본(DLC)로 이루어진 이형박막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어 및 이의 제조방법{Molding Core for Fly-Eye Lens and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 플라이아이 렌즈를 성형하는데 적합하도록 박막의 박리 현상을 감소시키면서 이형성이 향상된 금형 코어 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝터나 반도체 제조 장치등에 밝기가 균일한 조명광을 만들기 위한 용도로 적용되는 플라이아이 렌즈는 여러 개의 셀(cell)로 구성되어 광원을 반복 중첩시킴으로써 균일도를 향상시키고 있다. 이러한 플라이아이 렌즈는 성형 공정의 편리함으로 인해 플라스틱 재질로 제조되어 왔으나, 최근 LED 광원이 적용되면서 고출력의 광원으로 인해 플라이아이 렌즈의 열변형이 발생하며 이로 인한 황변 및 신뢰성 저하 등의 문제점이 나타나고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 플라이아이 렌즈를 유리 재질로 제조하는 연구가 이루어져 왔으나, 일반적인 렌즈와는 달리 그 구조가 복잡하여 초정밀 가공기술이 필요한 플라이아이 렌즈를 유리 재질로 제조하면 고품질의 플라이아이 렌즈를 얻을 수 없다.

유리 재질의 렌즈를 제조할 때 통상의 금속재 금형이 아닌 합금이나 이형박막을 포함하는 금형이 이용되고 있는데, 이러한 금형으로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0090019호에서 모재인 WC-Ti 금형 코어의 표면에 이리듐과 레늄을 포함하여 형성되는 이형박막을 형성함으로써 유리 성형시 이형 성능과 스크래치 저항성을 향상시키고 있다.

이러한 금형에는 이형박막과 금형 코어 사이에 중간층을 형성하게 되는데, 이러한 중간층은 상기 선행기술에서와 같이 금속을 증착하여 형성할 수도 있고, 또는, 대한민국 등록특허공보 10-1198459호에서와 같이 실리콘 카바이드 등의 무기물로 형성될 수도 있다.

이러한 중간층은 금형 코어의 표면에 형성되는 이형박막의 접착력을 향상시킴으로써 금형의 수명을 향상시키고 성형시 아웃가스의 방출을 억제하는 효과를 나타내는 것으로 생각된다.

본 출원인은 대한민국 등록특허공보 10-0947331호에서 금형 코어와 워크층 사이에 질화물로 이루어진 보강층을 형성함으로써 이형성 박막의 경도 및 접착강도를 증진시키고 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-0984140호에서는 박막의 접착강도를 향상시키기 위하여 TiAl 합금과 TiAlN 질화물로 이루어진 보강층을 형성함으로써 금형 코어 표면에 대한 워크층의 접착강도를 향상시키고 있다.

상기와 같이 제조된 금형 코어로 이루어진 금형은 프레스 몰딩에 의해 일반적인 유리 렌즈를 제조할 때 사용하기 적합하나, 플라이아이 렌즈의 제조에 적용하면 불량률이 높아지고 균일한 이형성 확보가 어려우며 표면 박리로 인해 금형의 수명 역시 충분하지 못한 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 10-2008-0090019호 대한민국 등록특허공보 10-1198459호 대한민국 등록특허공보 10-0947331호 대한민국 등록특허공보 10-0984140호 대한민국 공개특허공보 10-2017-0035998호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유리 재질의 플라이아이 렌즈를 제조하기에 적합한 금형으로서 이형층인 DLC(Diamond-Like-Carbon) 층과 금형 코어의 사이에 형성되는 경질박막 및 중간층을 최적화함으로써 플라이아이 렌즈의 제조에 최적화된 금형 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어는 금형 코어 모재; 상기 금형 코어 모재의 표면에 형성된 크롬으로 이루어진 경질박막; 상기 경질박막의 표면에 형성된 옥시질화규소(silicon oxynitride)로 이루어진 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되는 다이아몬드 라이크 카본(DLC)로 이루어진 이형박막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 옥시질화규소는 하기 화학식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Si_{3 - 2x}O_2xN_{4 -4x} (상기 화학식에서 x는 0 초과 1 미만이다.)

또한, 상기 금형 코어 모재 및 상기 경질박막 사이에 하드코팅 층이 추가적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 경질박막, 중간층 및 이형박막의 총 두께는 300 내지 450㎚인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어의 제조방법은 금형 코어 모재의 표면의 불순물을 제거하는 전처리 단계; 상기 금형 코어 모재의 표면에 크롬을 증착하여 경질박막을 형성하는 단계; 상기 경질 박막의 표면에 옥시질화규소를 증착하여 중간층을 형성하는 단계; 상기 중간층의 표면에 다이아몬드 라이크 카본을 증착하여 이형박막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금형 코어 및 이의 제조방법에 따르면 유리 재질의 플라이아이 렌즈를 제조하기에 적합한 금형을 제공할 수 있다. 특히, 이형층인 DLC(Diamond-Like-Carbon) 층과 금형 코어의 사이에 형성되는 경질박막 및 중간층을 최적화함으로써 플라이아이 렌즈의 제조에 최적화된 금형을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 금형 코어의 적층 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 플라이아이 렌즈를 제조하기 위한 다이아몬드 라이크 카본(DLC)로 이루어진 이형박막이 형성된 금형 코어의 사진이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 금형 코어는 플라이아이 렌즈를 제조하기 위한 금형에 적용되는 것으로, 금형 코어 모재; 상기 금형 코어 모재의 표면에 형성된 크롬으로 이루어진 경질박막; 상기 경질박막의 표면에 형성된 옥시질화규소(silicon oxynitride)로 이루어진 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되는 다이아몬드 라이크 카본(DLC)로 이루어진 이형박막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 코어의 적층 구조를 나타낸 모식도이다.

일반적으로 유리 재질의 렌즈를 성형하기 위한 금형 코어는 상측과 하측 금형 코어로 분리되며 성형 대상이 되는 렌즈의 형상에 대응하는 구조를 갖는 기능면(렌즈 성형 면)이 구비된다.

또한, 상기 금형 코어는 텅스텐 탄화물(WC)과 코발트(Co)를 원자비 1:0.01로 한 Co-WC합금을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 코발트는 바인더의 역할을 하기 때문에 이를 적용한 금형 코어는 2,100 내지 2,400Hv 정도의 경도와 우수한 항절력(transverse rupture strength), 낮은 열팽창 계수로 인해 유리 재질의 렌즈를 고온 및 고압의 상태에서 제조하기에 적합하다.

상기 금형 코어 모재의 기능면에 증착되는 박막 구조물은 텅스텐 탄화물보다 우수한 물성을 지닌 재료를 사용해야 한다. 또한, 유리 재질과의 이형성(mold releasing property)을 제공하기 위해 최표면에는 이형박막이 형성되어야 한다.

본 발명에서는 플라이아이 렌즈를 효율적으로 제조하기 위하여 이형성이 우수한 다이아몬드 라이크 카본(DLC)로 이루어진 이형박막을 금형 코어 모재의 기능면에 최표면에 형성하고 있다. 이는 본 출원인이 이전에 개발한 대한민국 등록특허공보 10-0947331호, 10-0984140호에 개시된 세라믹 결정의 워크층과는 다른 재질인데, 플라이아이 렌즈의 복수의 셀을 동시에 이형하면서 변형이나 손상 등의 불량이 없어야 하기 때문에 DLC를 이형박막으로 적용하여야 한다.

이러한 DLC를 최표면에 형성하는 경우 가장 큰 문제는 Co-WC 재질의 금형 코어 모재의 기능면과의 접착력을 확보하기 어려워 계속 사용시 박막의 박리가 발생하는 것이다.

결국 이러한 문제를 해결하기 위하여 버퍼층이 형성되어야 하는데, 다양한 재질의 버퍼층에 대한 탐색을 지속한 결과 크롬으로 이루어진 경질박막과 상기 경질박막의 표면에 형성된 옥시질화규소(silicon oxynitride)로 이루어진 중간층을 형성한 후 상기 중간층 표면에 이형박막인 DLC를 증착하는 것이 최적인 것을 실험적으로 확인하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0947331호에서는 제1 버퍼층(TiN), 보강층(TiAlN), 제2 버퍼층(Ti, TiN, Cr, W, Zr)을 형성한 후 여기에 워크층(Ir, Re, Pt, Os, Ru)을 형성하고 있으며, 대한민국 등록특허공보 10-0984140호에서는 제1 버퍼층(TiAl), 제2 버퍼층(TiAlN)을 형성한 후 여기에 워크층(Ir, Re, Pt, Os, Ru)을 형성하고 있는데, 이 경우 워크층은 귀금속 또는 이의 합금을 적용하기 때문에 이에 적합한 버퍼층 재료를 선택하고 있다.

그러나 본 발명에서는 워크층에 해당하는 이형박막이 DLC 증착에 의해 형성되기 때문에 상기 재료와 상용성이 우수한 재료를 탐색할 필요가 있다. 특히, 금형 코어 모재와 이형 박막 사이의 접착력 향상을 위해 크롬 증착에 의해 형성된 경질 박막이 적용될 때, 상기 크롬 층과 DLC 층의 상용성이 다시 문제가 되기 때문에 이 사이에 중간층이 필수적으로 개재되어야 하는 것으로 나타났다.

상기 중간층은 옥시질화규소를 증착하는 것이 바람직한 것으로 나타났는데, 이는 대한민국 공개특허공보 10-2017-0035998호에서 DLC 필름과 AFC 필름의 접착력 향상을 위하여 질화 규소 층, 질화 규소 층 상에 직접 질화 규소 층과 접촉하여 형성된 산화 규소 층 등의 다층 코팅을 적용하는 점에서도 알 수 있듯이 DLC 층과의 상용성이 좋은 것을 예측할 수 있다.

본 출원인은 질화 규소(SiN), 산화 규소(SiO₂)를 모두 테스트해 보았는데, 예상 밖으로 옥시나이트라이드 구조에서 최적의 접착력을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

상기 옥시질화물 구조의 실리콘 화합물을 증착함에 있어서, 옥시질화규소는 하기 화학식으로 이루어지는 것이 바람직하다.

[화학식]

Si_{3 - 2x}O_2xN_{4 -4x}

상기 화학식에서 x는 0 초과 1 미만이다.

증착에 의해 형성된 옥시질화규소 층은 규소, 산소, 및 질소로 이루어진 단일상을 포함하나, 산화규소 및 질화규소의 상도 포함될 수 있다. 다만, 표면분석에 의해 전체적인 화학양론식은 상기 화학식을 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 금형 코어 모재 및 경질박막 사이에 하드코팅 층이 추가적으로 형성될 수도 있다.

상기 경질박막은 크롬 증착에 의해 형성되는 것이기 때문에 금형 코어 모재와의 양호한 접착력을 확보하기 위한 증착 조건의 최적화가 필요하다. 이 경우, 상기 하드코팅 층을 부가함으로써 금형 코어 모재와 경질박막의 접착력을 쉽게 확보할 수 있다.

상기 하드코팅 층은 종래기술에서 버퍼층이나 보강층으로 적용되는 티타늄 질화물(TiN) 또는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 TiN 또는 TiAlN은 세라믹 특성을 가지고 있으며, 비커스 경도가 2600 내지 3000Hv 정도이고, 고온산화 온도가 약 800℃ 이상이기 때문에 그 자체로 우수한 고온 내산화성 및 고경도 특성을 가지며, 상기 크롬 증착을 용이하게 하는 표면을 형성할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어는 금형 코어 모재의 표면의 불순물을 제거하는 전처리 단계; 상기 금형 코어 모재의 표면에 크롬을 증착하여 경질박막을 형성하는 단계; 상기 경질 박막의 표면에 옥시질화규소를 증착하여 중간층을 형성하는 단계; 상기 중간층의 표면에 다이아몬드 라이크 카본을 증착하여 이형박막을 형성하는 단계;를 통해 제조된다.

또한, 하드코팅 층을 부가할 경우, 상기 금형 코어 모재의 전처리 단계 후, TiN 또는 TiAlN을 증착하는 공정을 부가할 수 있다.

상기 금형 코어 모재의 기능면은 이온충격(ion bombardment)을 거친 에칭된 면으로, 금형 코어의 박막 구조물을 올리기 전에 전처리 공정으로 상기 기능면을 식각 처리하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 금형 코어는 비구면의 유리 재질인 플라이아이 렌즈의 제조용으로 사용될 수 있으므로, 상기 기능면의 형상이 굴곡을 갖게 된다. 이러한 점을 감안하여 상기 기능면 상에 형성되는 박막 구조물(경질박막, 중간층, 및 이형박막)의 총 두께는 300 내지 450㎚로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 박막 구조물의 총 두께가 450㎚를 초과하면 글라스 렌즈 성형시 비구면 형상을 구현하기 어렵기 때문이다. 또한, 금형 코어의 기능면의 중심 두께와 외각 두께의 차이가 상기 박막 구조물이 두꺼울수록 증가한다는 측면도 고려해야 한다. 또한, 금형 코어를 재생하고자 할 때, 고밀도의 박막 구조물을 짧은 시간에 벗겨내기 위해서는 가공 시간이 많이 걸리므로, 상기 박막 구조물은 최대한 얇게 형성하되, 사용 수명은 최대한 확보하는 선에서 두께를 결정하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 상기 박막 구조물에서 크롬으로 이루어진 경질박막은 그 두께가 100 내지 150㎚인 것이 바람직하며, 상기 옥시질화규소로 이루어진 중간층은 그 두께가 70 내지 100㎚인 것이 바람직하며, 상기 다이아몬드 라이크 카본으로 이루어진 이형박막은 그 두께가 130 내지 170㎚인 것이 바람직하다.

상기 범위를 벗어나 어느 한 층의 두께가 지나치게 두껍거나 얇은 경우 본 발명에서 목적하는 박막 구조물의 특성을 얻을 수 없는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 상기 박막 구조물은 전처리된 금형 코어 모재의 기능면에 증착에 의해 각 층을 형성하게 된다. 또한, 최종적으로 유리 재질의 플라이아이 렌즈와의 이형성을 고려하여 워크층에 해당하는 구성으로 다이아몬드 라이크 카본(DLC)로 이루어진 이형박막을 증착에 의해 형성함으로써, 플라이아이 렌즈의 가공에 최적화된 금형 코어를 제공할 수 있게 된다.

금형 코어에 박막을 증착시키기 위한 박막 증착 설비로는 DC Magnetron Sputter M/C를 사용할 수 있다. 상기 DC Magnetron Sputter M/C는 진공 환경이 요구되는 PVD(Physical Vapor Deposition : 물리적 증기 증착법)을 적용하기 위한 장치로서 진공시스템으로 고진공을 형성할 수 있는 터보펌프와 상기 터보펌프의 보조 펌프인 로터리 펌프로 구성되어 있으며, 챔버(Chamber)는 금형 코어를 장착할 수 있는 메인 챔버(Main Chamber)와 이온화 가속을 위한 버퍼 챔버(Buffer Chamber)로 조합되어 있다. 챔버 내의 분위기를 제어할 수 있는 가스 전달 시스템과 공정온도를 조절할 수 있는 가열 시스템, 진공도를 측정하기 위한 고진공/저진공 센서 및 챔버 내의 진공도를 일정하게 유지하기 위한 게이지와 밸브 등으로 구성된다. 또한, 증착할 물질을 플라즈마로 이온화하기 위한 Two Target 시스템과 파워를 조절할 수 있는 컨트롤러를 포함한다.

상기 버퍼 챔버는 가스를 이온화 및 이온을 조절할 수 있도록 구성되는데, 이는 Filament P/W, Magmet P/W, Arc(Anode) P/W, High voltage P/W, Low voltage P/W를 포함한다. 또한, 상기 메인 챔버는 DC1 P/W, DC2 P/W, Bias P/W, Heater P/W를 포함한다.

본 발명에 따른 렌즈 금형 코어 모재의 전처리는 제1 열처리 공정, 프리-스퍼터(Pre-sputter) 공정, 이온 에칭(ion etching) 공정 및 메탈 에칭(metal etching) 공정 등을 포함할 수 있다. 이러한 전처리 공정은 본 출원인이 대한민국 등록특허공보 10-0947331호, 10-0984140호 등에서 개시한 방법과 동일하다.

상기 제1 열처리 공정, 프리-스퍼터 공정, 이온 에칭 공정, 메탈 에칭 공정을 포함하는 전처리 공정은 선택적으로 하나 내지 세 개의 공정으로 수행할 수 있으나, 상술한 모든 전처리 공정들을 순차적으로 수행하는 것이 금형 코어의 품질면에서 가장 바람직하다.

상기 전처리를 마친 금형 코어 모재의 기능면에 하드코팅 층을 형성하는 경우, 티타늄 질화물(TiN) 또는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)을 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD), 플라즈마화학기상증착법, 저압화학기상증착법, 물리기상증착법(physical vapor deposition; PVD), 플라즈마 물리기상증착법, 마그네트론 스퍼터링법(magnetron sputtering) 등을 이용하여 증착함으로써 형성할 수 있다. 이러한 방법 중 특히 다른 공정에 비해 상대적으로 저온 공정이 가능한 마그네트론 스퍼터링법으로 형성하는 것이 바람직하다.

직류 마그네트론 스퍼터링 방법으로 티타늄 질화물의 하드코팅 층을 형성하는 경우, 마그네트론 스퍼터링 챔버 내에 구비되는 티타늄(Ti) 타겟에 대하여 100 내지 350W의 전원을 인가하고, 티타늄 이온, 아르곤 또는 질소 이온으로 안정된 플라즈마를 형성한다. 이때, 아르곤 및 질소 가스는 6-나인의 초고순도 가스를 이용하여 1 대 0.8 내지 1.2의 비율로 제공한다. 상기 모재에 DC 바이어스는 -100 내지 300V 로 인가하고 100 내지 450℃의 온도 범위에서 10 내지 20분 동안 실시할 수 있다.

또한, 상기 하드코팅 층을 티타늄 알루미늄 질화물로 형성할 경우에도 직류 마그네트론 스퍼터링 방법을 적용하는데, 구체적으로는, 99.95% 이상의 고순도를 갖는 티타늄 알루미늄(TiAl)로 이루어진 타겟 물질에 120 내지 350W의 DC 전원을 인가하여 티타늄 이온, 알루미늄 이온, 아르곤 이온 또는 질소 이온의 안정된 플라즈마를 형성한다.

여기서, 1: 0.8 내지 1: 1.2의 비율로 제공되는 아르곤 및 질소 가스 분위기 하에서 -70 내지 200V의 DC 바이어스를 상기 모재에 인가하고 100 내지 450℃의 온도 범위에서 30분 내지 60분 동안 실시할 수 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 모재에 -120 내지 -180V의 DC 바이어스를 인가하고 250 내지 350℃의 온도의 공정 온도를 가질 수 있다.

온도 및 바이어스에 따라 형성되는 티타늄 질화물 또는 티타늄 알루미늄 질화물의 결정구조 및 밀도가 달라지는데, 상기와 같은 조건 하에서는 밀도가 우수한 성장막을 형성할 수 있다.

상기 하드코팅 층을 형성하는 경우에는 상기 하드코팅 층 상에, 상기 공정을 포함하지 않는 경우에는 전처리된 금형 코어 모재의 기능면에 크롬을 증착하여 경질박막을 형성한다.

상기 경질박막 역시 마그네트론 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있는데, 이 경우, 크롬 타겟 물질에 100 내지 350W의 DC 전원을 인가하여 크롬 이온 및 아르곤 이온 분위기에서 상기 모재에 -80 내지 120V의 DC 바이어스를 인가하며, 100 내지 450℃의 온도 하에서 수행할 수 있다.

또한, 이형박막 역시 증착에 의해 다이아몬드 라이크 카본(DLC) 층을 형성하는 것으로서, 마그네톤 스퍼터링법으로 형성할 수 있으며, 탄소 타겟 물질에 1 내지 2W의 DC 전원을 인가하여 아르곤 이온 분위기에서 상기 모재에 100 내지 500V의 DC 바이어스를 인가하며, 실온에서 수행할 수 있다.

이때, 대한민국 등록특허공보 10-1198459호에서도 문제점으로 지적된 바와 같이 탄화텅스텐(WC)계 모재를 사용할 경우 중간층을 삽입하더라도 중간층의 경도로 인해 성형 금형으로서의 전체 경도가 낮아지는 문제가 발생하게 된다.

따라서 상기 선행기술에서는 모재 자체를 실리콘 카바이드(SiC)로 제조하고 있으나, 이러한 재질의 금형 코어는 상업적으로 널리 사용되고 있는 탄화텅스텐계 모재를 대체하기 위하여 새로 제작해야 하기 때문에 신뢰성이나 물성의 면에서 최적의 금형 코어를 얻기 곤란한 문제가 있다.

따라서 상업적으로 사용되는 탄화텅스텐계 모재에 DLC 층을 그대로 적용할 수 있어야 하는데, 본 발명에서는 상기 중간층으로 옥시질화규소를 적용함으로써 종래의 금형 코어에 비해 훨씬 향상된 효과를 얻게 되었다.

Si_{3 - 2x}O_2xN_{4 -4x}의 화학식을 가진 옥시질화규소로 이루어진 중간층은 경질박막의 표면에 산소 및 질소 분위기에서 규소 표적을 직류 마그네트론 스퍼터링법으로 증착하여 형성될 수 있다.

즉, 규소 타겟 물질에 300 내지 500W의 DC 전원을 인가하여 아르곤, 질소, 산소 이온 분위기에서 증착을 수행할 수 있다. 이때, 산소의 함량에 따라 중간층의 물리적 두께가 변화하는데, 5 내지 20 농도%의 산소 분위기에서 70㎚ 이상의 중간층이 형성되는 것으로 나타났으며, 산소의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 옥시질화규소로 이루어진 층의 두께가 70㎚ 이하가 되어 결과적으로 중간층으로서의 효과를 충분히 얻을 수 없는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 박막 구조물이 형성된 금형 코어(실시예)와 대한민국 등록특허공보 10-0947331호에 따른 금형 코어(비교예 1) 및 대한민국 등록특허공보 10-0984140호에 따른 금형 코어(비교예 2)를 도 2에서와 같이 플라이아이 렌즈를 제조하기 위한 셀 형태로 가공하여 이에 대한 접착강도를 분석하였다. 또한, 실험 과정에서 박막 구조물을 형성할 때 경질박막의 두께가 평균 180㎚, 중간층의 두께가 평균 50㎚, 이형박막의 두께가 평균 150㎚로 제조된 금형코어(비교예 4), 경질박막의 두께가 평균 130㎚, 중간층의 두께가 평균 130㎚, 이형박막의 두께가 평균 160㎚로 제조된 금형코어(비교예 5)에 대해서도 분석을 실시하였다.

분석을 위하여 긁기 경도 시험(scratch test)을 실시하였다. 즉, 금형 코어 표면에서 수직방향의 탐침이 직선 방향으로 증가하는 하중을 가하면서 상기 금형 코어를 일정한 속도로 탐침에 대해 수직방향으로 움직인다. 이렇게 하면 탐침 전방 부분 박막에 압축응력이 증가되어 임계 하중(critical load: Lc)에 도달하고, 이때 박막이 떨어지면서 급격한 음성파의 증가가 나타나므로 이를 통해 임계 하중을 결정하였다. 상기 긁기 경도 시험은 AE(Acoustic Emission) 검출장치가 부착된 REVEST 장치를 사용하여 측정하였다. 실험은 3차례 수행하여 평균값을 계산하였다.

본 실험에 사용되는 금형 코어는 표면이 요철구조를 이루고 있으므로 탐침이 요철구조의 돌출부를 주로 긁게 되어 평면 시편을 이용하여 얻어지는 접착강도보다 낮게 나타난다.

상기 실험결과 실시예에 따른 금형 코어는 박막의 접착강도가 75N로 나타나 접착강도가 매우 높은 것을 확인할 수 있었다. 그러나 비교예 1의 금형 코어는 접착강도가 60N, 비교예 2의 금형 코어는 접착강도가 64N으로 낮게 나타났다. 특히 비교예 2의 금형 코어는 증착된 시편에 대해 실험했을 때 80N으로 나타났으나, 금형 코어를 형성하면 실제 접착강도가 더 낮게 나타나 플라이아이 렌즈를 제조하는 금형으로서는 적합하지 않은 것을 알 수 있었다.

또한, 비교예 3, 4에서도 접착강도가 각각 65, 68N으로 나타나 박막 두께가 다른 경우 실시예에 비해 효과가 저감되는 현상을 확인하였다.

이러한 실험결과로부터 본 발명에서 중간층을 개재하여 이형박막을 형성한 금형 코어는 박막의 박리 현상이 적어 성형 수명이 향상되기 때문에 플라이아이 렌즈를 제조하기에 적합한 금형 코어의 물성을 나타내는 것으로 파악되었다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (5)

1. 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어에 있어서,
   금형 코어 모재;
   상기 금형 코어 모재의 표면에 형성된 크롬으로 이루어진 경질박막;
   상기 경질박막의 표면에 형성된 옥시질화규소(silicon oxynitride)로 이루어진 중간층; 및
   상기 중간층 상에 형성되는 다이아몬드 라이크 카본(DLC)로 이루어진 이형박막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 옥시질화규소는 하기 화학식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어.
   Si_{3 - 2x}O_2xN_{4 -4x}
   상기 화학식에서 x는 0 초과 1 미만이다.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 금형 코어 모재 및 상기 경질박막 사이에 하드코팅 층이 추가적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 경질박막, 중간층 및 이형박막의 총 두께는 300 내지 450㎚인 것을 특징으로 하는 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어.
   
5. 청구항 1에 따른 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어의 제조방법으로서,
   금형 코어 모재의 표면의 불순물을 제거하는 전처리 단계;
   상기 금형 코어 모재의 표면에 크롬을 증착하여 경질박막을 형성하는 단계;
   상기 경질 박막의 표면에 옥시질화규소를 증착하여 중간층을 형성하는 단계;
   상기 중간층의 표면에 다이아몬드 라이크 카본을 증착하여 이형박막을 형성하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이아이 렌즈 성형용 금형 코어의 제조방법.

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