KR20200039590A - 자동차 헤드램프용 렌즈 제조 장치 및 그 방법, 그리고 자동차 헤드램프용 프레넬 렌즈 - Google Patents

자동차 헤드램프용 렌즈 제조 장치 및 그 방법, 그리고 자동차 헤드램프용 프레넬 렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복합체로서 형성되는 렌즈(1, 1000)를 제조하기 위한 성형 방법에 관한 것이며, 상기 복합체는 형태 안정적인 기판층(2)과, 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)로 구성되는 적어도 하나의 폴리머층(3)을 포함하며, 상기 성형 방법은 하기 단계들을 포함한다.
- 공급 단계로서,
* 형태 안정적인 기판층(2),
* 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)(형태 안정적인 기판층(2)뿐만 아니라 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)는 투명하다.), 및
* 네거티브 몰드(5)를 공급하는 상기 공급 단계;
- 네거티브 몰드(5) 내로 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)를 주입하는 단계;
- 네거티브 몰드(5) 상에 형태 안정적인 기판층(2)을 안착시킴으로써 네거티브 몰드(5) 내에 위치하는 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)가 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21)과 편평하게 접촉하게 되는 단계;
- 적어도 하나의 폴리머층(3)을 수득하기 위해 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)를 경화하고, 적어도 하나의 폴리머층(3)이 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 편평하게 점착되는 단계; 및
- 렌즈(1, 100)를 수득하기 위해, 네거티브 몰드(5)에서부터, 형태 안정적인 기판층(2)과, 이 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 점착된 폴리머층(3)으로 구성되는 수득된 복합체를 분리하는 단계.

Description

자동차 헤드램프용 렌즈 제조 장치 및 그 방법, 그리고 자동차 헤드램프용 프레넬 렌즈{DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING THE LENS FOR MOTOR VEHICLE HEADLAMP, AND FRESNEL LENS FOR MOTOR VEHICLE HEADLAMP}
본 발명은 복합체(composite)로서 형성되는 렌즈를 제조하기 위한 성형 방법(molding method)에 관한 것이며, 상기 복합체는 형태 안정적인 기판층과, 화학적 경화성이거나, 또는 화학적으로 경화되는 적어도 하나의 폴리머로 구성되는 적어도 하나의 폴리머층을 포함하며, 형태 안정적인 기판층 및 적어도 하나의 폴리머층 모두는 투명하며, 그리고 적어도 하나의 폴리머층은 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면 상에 편평하게 점착된다.
더 나아가, 본 발명은 상기 성형 방법을 통해 제조되는 자동차 헤드램프 광 모듈을 위한 렌즈에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 복합체로서 형성되는 프레넬 렌즈에 관한 것이며, 상기 복합체는 형태 안정적인 기판층과, 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머로 구성되는 적어도 하나의 폴리머층을 포함하며, 형태 안정적인 기판층 및 적어도 하나의 폴리머층 모두는 투명하며, 그리고 적어도 하나의 폴리머층은 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면 상에 편평하게 점착된다.
또한, 본 발명은, 전술한 유형의 성형 방법을 실행할 수 있고 전술한 유형의 렌즈를 제조할 수 있는데 이용되는 렌즈 제조 장치에 관한 것이며, 렌즈 제조 장치는, 제조할 렌즈에 상응하는 윤곽 형성 표면(contouring surface), 예컨대 프레넬 렌즈의 패시트 패턴(facet pattern)을 구비한 네거티브 몰드(negative mold)이면서, 프레넬 렌즈의 패시트 패턴은 바람직하게는 구배 각도(draft angle)를 보유하지 않는 것인, 상기 네거티브 몰드와; 바람직하게는 진공 흡입기(vacuum sucker)를 구비하는 파지 수단(holding means)이면서, 적어도 하나의 표면이 네거티브 몰드로 향하는 방식으로 형태 안정적인 기판층을 파지하도록 구성되는 상기 파지 수단과; 바람직하게는 선형 액추에이터(linear actuator)를 포함하고, 네거티브 몰드 상부에 형태 안정적인 기판층을 포지셔닝하고 네거티브 몰드의 상부에 형태 안정적인 기판층을 안착시키며, 그리고 네거티브 몰드에서 떼어내도록 구성되는 포지셔닝 수단을; 포함한다.
더 나아가, 본 발명은 적어도 하나의 전술한 프레넬 렌즈 또는 전술한 렌즈를 포함하는 자동차 헤드램프 광 모듈, 바람직하게는 로우빔 광 모듈, 또는 자동차 헤드램에 관한 것이다.
렌즈 및 특히 프레넬 렌즈를 제조하기 위한 방법은 공지되어 있다. 주조 방법(중력 주조 방법 또는 다이 캐스팅 방법)의 경우, 통상 유리 또는 플라스틱이 사전 정의된 몰드 내로 주입되고 압착된다. 그런 후에, 패시브 냉각 단계가 수행되고, 그런 후에 렌즈가 완성된다. 상기 방법들은, 패시브 냉각 단계가 시간 집중적이고 제조 공정은 너무 많은 시간을 요구한다는 단점을 초래한다. 더 나아가, (DE 2920630 A1호에서처럼) 전술한 표준 방법에 의해 제조되는 프레넬 렌즈들은 특별히 우수한 광학 특성들을 보유하지는 않는다.
이와 관련하여 상기할 사항은, 프레넬 렌즈가 규칙적으로 배열되는 굴절 환형 단차부들(refractive annular step) 내지 패시트들을 포함하고, 이들 단차부 내지 패시트는 프레넬 렌즈가 각각의 요구에 따라서 예컨대 구면 렌즈(spherical lens) 또는 원주 렌즈(cylindrical lens)처럼 작용하도록 구성되고 형성되며 그리고 상호 간에 할당된다는 점이다. 이 경우, 규칙적으로 배열되는 굴절 환형 단차부들은 초점 거리(focal distance)가 동일한 예컨대 구면 또는 원주 렌즈의 반경 방향 세그먼트들에 상응하며, 상기 렌즈는 상기 반경 방향 세그먼트가 정확하게 반복되면서 만곡되어 있다. 그러나 실제로 패시트들은 개별 세그먼트의 만곡 표면들의 접선들로서 형성될 수 있다. 요컨대 이는, 예컨대 상응하는 구면 또는 원주 렌즈의 반경의 단위당 굴절 환형 단차부들의 개수가 충분하다면, 충분히 적합한 접근일 수 있다. 전형적인 프레넬 렌즈는 렌즈 반경의 ㎝당 약 10개 내지 60개의 요소를 보유할 수 있다. 각자의 굴절 환형 단차부는 광학적으로 유효한 측면(optical effective lateral surface) 및 광학적으로 유효하지 않은 측면을 포함한다. 광학적으로 유효하지 않은 측면들에서 광의 산란을 통해 생성되는 광 패턴이 저하될 수 있다.
전술한 표준 방법들(플라스틱 사출성형 또는 플라스틱 압축 사출성형 공정)에 따라 제조되는 프레넬 렌즈를 네거티브 몰드(negative mold)에서부터 분리하기 위해, 구배 각도가 필요하다. 구배 각도는 광학 구성을 분명하게 제한하고 통상 의도되지 않는 산란광 효과를 야기하며-이른바 오류광(error light)을 야기한다. 프레넬 렌즈의 패시트들의 광학적으로 유효하지 않은 측면들에서 굴절을 통해 발생하는(상기 측면들은 보통 플랭크들(flank)로서도 지칭된다.) 오류광의 양은, 상기 프레넬 렌즈들의 이용 하에 생성되는 광 분포들이 자동차 분야에서 높은 조명 기술 측면의 요건들에 부응할 수 없을 정도로 높다. 또한, 플라스틱의 수축을 통해 프레넬 구조들의 첨단들(tip) 상에 여전히 반경부 역시도 존재하며, 이런 라운딩부들은 산란광을 야기한다.
확정된 표준 방법들을 개선하려는 수많은 시도에도 불구하고, 오늘날까지 여전히 전술한 단점들 모두를 해소할 수 없었다. 구배 각도가 없는 프레넬 렌즈들을 제조할 수도 있는데 이용되는 방법들을 촉진하거나 네거티브 몰드들을 이용하려는 시도는 예컨대 발생하는 열 응력으로 인해 최종 제품 내에서 (이용되는 재료들의 낮은 열 팽창 계수들로 인한) 균열 형성 및/또는 뒤틀림(warpage)을 야기한다(플라스틱 제조 분야에서 완전히 평면인 광 입사면의 실현은 쉽지 않다).
자동차 광 모듈들 내에서 표준 투영 렌즈들의 이용은 마찬가지로 단점들을 내포하고 있다. 상기 렌즈들은 예컨대, 자신들의 크기(70㎜까지의 지름)로 인해 높은 중량을 가지며 그에 따라 전체 투영 모듈의 무게중심 역시도 분명하게 앞쪽으로(주행 방향으로) 변위된다는 단점이 있다. 메인 헤드램프 영역에서는 매우 높은 기계적 요건이 있으며, 그 때문에 모든 모듈을 최대한 무게중심에서 지지하는 것이 바람직하다. 그러므로 구조적인 관점에서, 기본 설정의 조정 기계 시스템(adjusting mechanical system)에 최대한 가깝게 위치시키기 위해, 대개는 투영 모듈의 안쪽 영역에서의 지지가 바람직하다. 또한, 표준 투영 렌즈들에서 두꺼운 재료 횡단면은 매우 높은 주기 시간(cycle time)을 야기한다. 예컨대 플라스틱 렌즈들의 경우 주기 시간은 두자릿수 분 범위이다. 그러므로 표준 투영 렌즈들의 요구되는 수량을 거의 고속으로 제조할 수 있도록 하기 위해, 복수의 캐비티를 포함하는 사출 성형 금형들을 구현할 필요가 있다.
자동차 분야에서 유용한 프레넬 렌즈들의 제조 및 렌즈 제조 방법의 개선은 오래전부터 존재한 과제이며, 이런 과제는 특히 점점 더 작아지고 있는 자동차 헤드램프들 및 점점 더 높아지는 생산량 수치에서 계속되는 공간 부족으로 인해 그 중요성이 더욱더 커지고 있다.
본 발명의 과제는 종래 기술의 전술한 단점들을 해소하는 것에 있다.
상기 과제는, 전술한 유형의 성형 방법에 의해, 상기 성형 방법이 하기 단계들을 포함하는 것을 통해 해결된다.
- 공급 단계로서,
* 형태 안정적인 기판층,
* 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(형태 안정적인 기판층뿐만 아니라 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머는 투명하다.), 및
* 네거티브 몰드를 공급하는 상기 공급 단계;
- 네거티브 몰드 내로 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머를 주입(pouring)하거나 계량 공급(metering)하는 단계;
- 네거티브 몰드 상에 형태 안정적인 기판층을 올리거나 안착시킴으로써 네거티브 몰드 내에 위치하는 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머가 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면과 편평하게 접촉하게 되는 단계;
- 적어도 하나의 폴리머층을 수득하기 위해 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머를 경화하고, 적어도 하나의 폴리머층이 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면 상에 점착되는 단계;
- 렌즈를 수득하기 위해, 네거티브 몰드에서부터, 형태 안정적인 기판층과, 이 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면 상에 점착된 적어도 하나의 폴리머층으로 구성되는 수득된 복합체를 분리하는 단계.
자명한 사실로서, 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머는 액상 형태로 공급될 수 있다.
이 경우, 광이 "투명한 재료"를 통해 새어나갈 때, 약 400㎚과 약 800㎚ 사이의 파장 범위의 광(가시 광)에 대해 광선속(light flux) 중 오직 10%만이 소실되어야 한다. 예컨대 투명한 재료는 95%보다 더 큰, 바람직하게는 99.9%보다 더 큰, 특히 바람직하게는 99.98%보다 더 큰 투과율(T)을 보유한다.
놀라운 사실로 확인된 점에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 프레넬 렌즈들에서뿐만 아니라 다른 다층 렌즈들에서도 장점들(시간 이득, 상대적으로 더 우수한 광학 특성 등)을 보유한다.
형태 안정적인 기판층은 적어도 하나의 폴리머층의 캐리어로서 이용된다. 적어도 하나의 폴리머층의 형태는 실질적으로 예컨대 자체의 초점거리와 같은 렌즈의 광학 특성들을 결정한다. 기판층의 형태 안정성을 통해, 특히 렌즈, 예컨대 프레넬 렌즈가 메인 헤드램프 시스템들의 기계적 표준 요건(충격 및 진동 요건)을 충족하는 점이 보장될 수 있다.
적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머는 바람직하게는 열적 경화성 실리콘, 예컨대 2성분 실리콘, UV 경화성 에폭시드 수지, UV 경화성 아크릴레이트로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 열적 경화성 실리콘은 적합한 방식으로 약 30 내지 약 100, 바람직하게는 약 40 내지 약 90의 쇼어 A 경도를 보유할 수 있다. UV 경화성 에폭시드 수지 또는 UV 경화성 아크릴레이트는 바람직하게는 약 50 내지 약 90, 특히 바람직하게는 약 60 내지 약 80의 쇼어 D 경도를 보유할 수 있다. UV 경화성 폴리머는, 자외선(UV) 방사선의 작용 하에 경화되거나, 또는 UV 반응성인 폴리머를 의미한다. 상기 UV로 경화되는 폴리머들의 경우, UV 방사선을 이용하면서 경화를 촉진시키는 점이 유용할 수 있다. 이 경우, 단파 US 방사선(약 200㎚ 내지 380㎚ 파장)이 특히 바람직할 수 있다.
특별한 시간 장점은, 화학적 경화성 폴리머의 경화 단계가 네거티브 몰드를 온도 조절하는 것을 통해 수행되고 하기 부분 단계들을 포함할 때 달성될 수 있다.
- 제1 온도가 예컨대 약 90℃와 약 200℃ 사이, 바람직하게는 약 100℃와 약 150℃ 사이, 특히 바람직하게는 약 100℃와 약 120℃, 또는 약 120℃와 약 150℃ 사이의 범위인 조건에서, 기결정된 제1 온도로 네거티브 몰드를 가열하는 부분 단계, 및
- 바람직하게는 기결정된 제1 온도에 따르는 기간이 예컨대 약 0.5분과 6분 사이, 바람직하게는 1분과 5분 사이인 조건에서, 상기 기간 동안 기결정된 제1 온도에서 네거티브 몰드를 유지하는 부분 단계. 이 경우, 황동으로 네거티브 몰드를 형성하는 것이 적합할 수 있다. 황동 소재의 상기 네거티브 몰드들은 보통 황동체(brass body)로서도 지칭된다. 네거티브 몰드의 전술한 온도 조절은, 열적으로 경화되는 폴리머가 이용될 때 특히 바람직할 수 있다.
바람직한 실시형태의 경우, 총 주기 시간(렌즈, 예컨대 프레넬 렌즈의 제조)은 3분 미만이다.
렌즈의 품질은, 네거티브 몰드에서부터, 형태 안정적인 기판층과, 이 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면 상에 점착된 폴리머층으로 구성되는 수득된 복합체를 분리하는 단계가 하기 부분 단계들을 포함할 때 한층 더 개선될 수 있다.
- 기결정된 제2 온도로 네거티브 몰드를 냉각하는 부분 단계, 및
- 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면 상에 점착된 실리콘층에서 네거티브 몰드를 제거하는 부분 단계.
냉각 과정 동안, 열적 경화성 실리콘과 같은 화학적 경화성 폴리머는 자신의 높은 열 팽창 계수를 기반으로 수축되며, 그럼으로써 프레넬 렌즈와 같은 완전하게 제조된 렌즈는 비파괴 방식으로, 다시 말하면 적어도 하나의 폴리머층의 잠재적인 손상 없이 금형(네거티브 몰드)에서 분리되게 된다. 그에 따라, 불량률(오류율)은 현저하게 감소된다.
이 경우, 압축 공기 및/또는 냉각액을 이용하여 냉각하는 것이 적합할 수 있다.
형태 안정적인 기판층 상에서 실리콘층 및 일반적으로는 폴리머층의 파지를 개선하기 위해, 유용하게는, 네거티브 몰드 상으로 형태 안정적인 기판층을 안착시킬 때 네거티브 몰드 내에 위치하는 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머와 편평하게 접촉하는, 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면은 안착되기 전에 전처리될 수 있다. 예컨대 전처리는 SurASil® 기술에 의해 수행될 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 네거티브 몰드 상에 형태 안정적인 기판층을 안착시키기 전에 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면의 전처리는 하기 단계를 포함할 수 있다.
- 적어도 하나의 표면을 청소하는 단계;
- 불꽃 실리케이션(flame silication)을 이용하여 적어도 하나의 표면의 표면 전처리를 실행하는 단계.
유용하게는, 형태 안정적인 기판층은 적어도 부분적으로 (투명) 유리 또는 (투명) 열가소성 수지로 구성될 수 있으며, 그리고 바람직하게는 약 0.5㎜ 내지 약 4㎜, 예컨대 1.1㎜의 두께를 보유할 수 있다. 안정된 기판층이 너무 얇으면, 기판층이 파손되는 위험이 존재한다. 기판층들이 너무 두꺼우면, 렌즈를 통한 광의 통과 동안 광도의 너무 큰 부분이 소실된다. 그 밖에도, 제조 시간은 증가될 수도 있다. 또한, 네거티브 몰드는 제조할 렌즈에 상응하는 윤곽 형성 표면, 예컨대 프레넬 렌즈의 패시트 패턴을 포함할 수 있으며, 프레넬 렌즈의 패시트 패턴은 바람직하게는 구배 각도를 포함하지 않는다. 프레넬 렌즈가 제조될 때, 윤곽 형성 표면의 상응하는 영역이 프레넬 렌즈의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부들의 광학적으로 유효하지 않은 측면들 상에 표면 조직(surface texture)을 형성하도록 형성된다면, 프레넬 렌즈의 광학 특성들은 계속하여 개선될 수 있다.
약 30 내지 약 100, 바람직하게는 약 40 내지 약 90의 쇼어 A 경도를 보유하는 열적 경화성 실리콘, 및 네거티브 몰드의 전술한 온도 조절과 조합한 투명 유리의 이용을 통해, 예컨대 프레넬 렌즈의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부들의 다양한 기하구조들이 실현될 수 있는데, 상기 기하구조들은 표준 공정에 의해서는 반영될 수 없다. 상기 기하구조들의 예들은 하기에 언급되는 표면 조직 및 예각의 첨단들이다.
본 발명에 따른 방법의 경우, 이미 언급한 것처럼, 또 다른 폴리머들 역시도 이용될 수 있다. 전술한 UV 경화성 에폭시드 수지 또는 아크릴레이트와 같은 대안의 재료들의 경우, 이들 재료의 쇼어 D 경도는 약 50과 약 90의 범위이다. 다수의 대안의 재료의 이용 시, 실리콘 고무로 구성된 네거티브 몰드를 이용하는 것이 적합할 수 있다. 더 나아가, 적합하게는, UV 경화성 에폭시드 수지들 또는 UV 경화성 아크릴레이트들의 경화 단계는 UV 방사선에 의해 실행될 수 있다.
또한, UV 경화성 에폭시드 수지 또는 UV 경화성 아크릴레이트의 경화 단계를, 전술한 것처럼, 네거티브 몰드를 온도 조절하는 것을 통해 촉진시키는 점 역시도 생각해볼 수 있다.
또한, 앞서 기술한 성형 방법은 각각 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머로 구성되는 2개의 투명한 폴리머층의 복합체로서 형성되는 렌즈, 특히 프레넬 렌즈를 제조하기 위해 적용될 수 있다. 이 경우, 폴리머층들은 형태 안정적인 기판층의 서로 대향하는 표면들 상에 편평하게 점착될 수 있다. 이 경우, 폴리머층을 포함한 완성된 렌즈는 뒤집어질 수 있고 본원의 방법이 반복될 수 있다.
또한, 본원의 과제는, 전술한 유형의 프레넬 렌즈에 의해, 본 발명에 따라서, 프레넬 렌즈의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부들이 적어도 하나의 폴리머층 내에 형성되고 구배 각도는 포함하지 않는 것을 통해 해결된다. 이 경우, 바람직하게는, 본 발명에 따른 프레넬 렌즈의 형태 안정적인 기판층은 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부들을 포함하지 않는다.
본 발명에 따른 프레넬 렌즈와 관련하여, "구배 각도를 포함하지 않는다"는 표현은, 프레넬 렌즈의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부들의 광학적으로 유효하지 않은 측면들이 실질적으로 수직으로, 바람직하게는 형태 안정적인 기판층의 적어도 하나의 표면에 대해 수직으로 배열된다는 점을 의미한다. "구배 각도"란 용어는 전술한 네거티브 몰드 상에서 그에 상응하게 적용된다.
이와 관련하여, "실질적으로 수직으로"란 단지 매우 작은 편차(3° 미만, 바람직하게는 1° 미만)를 의미한다.
여기서, 형태 안정적인 기판층이 적어도 부분적으로 투명 유리 또는 투명 열가소성 수지로 구성되고 바람직하게는 약 0.5㎜ 내지 4㎜, 예컨대 약 1.1㎜의 두께를 보유할 때 공간 장점들이 달성될 수 있다.
투명 유리가 폴리머층이 없는 표면에서 연삭된다면, 렌즈의 개선된 광 입사면이 달성될 수 있다.
실무에서 입증된 실시형태의 경우, 바람직하게는, 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머는, 열적 경화성 실리콘, 예컨대 2성분 실리콘, UV 경화성 에폭시드 수지, UV 경화성 아크릴레이트로 구성되는 군에서 선택될 수 있으며, 열적 경화성 실리콘은 예컨대 약 30 내지 약 100, 바람직하게는 약 40 내지 약 90의 쇼어 A 경도를 보유하고, 그리고/또는 UV 경화성 에폭시드 수지 또는 UV 경화성 아크릴레이트는 바람직하게는 약 50 내지 약 90, 특히 약 60 내지 약 80의 쇼어 D 경도를 보유한다.
광학 특성들과 관련한 특별한 장점들은, 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부들이 자신들의 광학적으로 유효하지 않은 측면들 상에 표면 조직들을 포함할 때 달성된다.
더 나아가, 규칙적으로 배열된 광 굴절 환형 단차부들은 라운딩되거나 예각의 첨단들을 포함할 수 있다.
특별한 장점들은, 규칙적으로 배열된 광 굴절 환형 단차부들이 연속적일 때 달성된다. 이는, 자신들의 원주방향으로, 예컨대 불규칙하게 발생하는 함몰부들 및/또는 상승부들을 통한 것처럼 중단되지 않는 환형 단차부들을 의미한다.
바람직한 실시형태의 경우, 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부들이 약 0.01㎜과 약 2㎜ 사이, 바람직하게는 약 0.1㎜과 약 1.5㎜ 사이의 범위의 높이, 특히 약 0.1㎜의 높이를 보유할 수 있다. 이 경우, 각자의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부의 높이는 원주방향으로 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. 더 나아가, (프레넬 렌즈의 반경 방향으로) 규칙적으로 배열되는 상이한 광 굴절 환형 단차부들은 상이한 높이를 보유할 수 있다. 예컨대 패시트들은 프레넬 렌즈의 중심에서보다 그 테두리들 상에서 더 높게 형성될 수 있다.
이 경우, 적어도 하나의 폴리머층 내에 형성되는 프레넬 구조의 그루브 폭(groove width), 다시 말하면 이웃하여 규칙적으로 배열되는 2개의 광 굴절 환형 단차부의 첨단들 사이의 이격 간격은 0.1㎜와 2㎜ 사이일 수 있으며, 예컨대 1㎜일 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 프레넬 렌즈의 총 두께는 4㎜ 미만일 수 있다.
또한, 바람직하게는, 프레넬 렌즈는 각각 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머로 구성되는 2개의 투명 폴리머층을 포함할 수 있으며, 상기 폴리머층들은 형태 안정적인 기판층의 서로 대향하는 예컨대 평면 표면들 상에 점착된다.
프레넬 렌즈의 광학 구성의 유연성과 관련하여, 특히 바람직하게는, 형태 안정적인 기판층은 적어도 부분적으로 투명 유리로 구성되고, 적어도 하나의 폴리머층은 투명 2성분 실리콘으로 구성된다.
더 나아가, 본원의 과제는, 전술한 유형의 렌즈 제조 장치에 의해, 렌즈 제조 장치가 네거티브 몰드 내에서 화학적 경화성 폴리머를 경화하기 위한 경화 장치를 추가로 포함하는 것을 통해 해결된다.
실무에서 입증된 실시형태의 경우, 바람직하게는, 경화 장치는 가열 수단을 포함할 수 있고, 렌즈 제조 장치는 냉각 장치를 추가로 포함할 수 있으며, 가열 수단은 네거티브 몰드를 가열하도록 구성되고, 냉각 장치는 네거티브 몰드를 냉각하도록 구성된다.
또한, 가열 수단은 하나 또는 복수의 가열 카트리지(heating cartridge)를 포함할 수 있으며, 이들 가열 카트리지는 네거티브 몰드에 할당되며, 그리고 바람직하게는 비록 윤곽 형성 표면에 접촉하지 않지만, 그러나 방출되는 열을 실질적으로 손실 없이 윤곽 형성 표면으로 방출할 수 있도록 하기 위해 상기 표면에 충분히 가까운 방식으로, 네거티브 몰드의 윤곽 형성 표면 상에 배치된다.
더 나아가, 유용하게는, 냉각 장치는 네거티브 몰드 상에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 네거티브 몰드와 견고하게 연결될 수 있다.
또한, 가열 수단이 네거티브 몰드를 기결정된 제1 온도로 가열하도록 구성되고, 제1 온도는 예컨대 약 90℃와 약 200℃ 사이, 바람직하게는 약 100℃와 약 150℃ 사이, 특히 바람직하게는 약 100℃와 약 120℃ 사이, 또는 약 120℃와 약 150℃ 사이의 범위인 점도 생각해 볼 수 있다.
이 경우, 냉각 장치는 바람직하게는 기결정된 제1 온도로 가열된 네거티브 몰드를 기결정된 제2 온도로 냉각하도록 구성될 수 있으며, 제2 온도는 예컨대 약 40℃와 약 70℃ 사이, 바람직하게는 약 50℃와 약 60℃ 사이의 범위이다.
본 발명은 하기에서, 도면들에 도시되어 있는 예시적이면서 비제한적인 실시형태들에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1a는 프레넬 렌즈를 도시한 도면이다.
도 1b는 프레넬 렌즈를 제조하기 위한 방법을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b는 프레넬 렌즈를 위한 패시트 패턴을 보유하고 가열 카트리지들 및 냉각 채널들을 포함하는 네거티브 몰드를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1a의 프레넬 렌즈의 이용 하에 생성되는 로우빔 광 분포를 나타낸 도면이다.
도 4는 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 포함하는 네거티브 몰드를 도시한 도면이다.
도 5는 렌즈 제조 장치를 도시한 도면이다.
하기 도면들에서, 다른 방식으로 명시되지 않는 한, 동일한 도면부호들은 동일한 특징들을 지칭한다.
특허청구범위에서 도면부호들은 오직 본 발명의 더 나은 이해를 위해 이용될 뿐, 어떠한 경우에도 본 발명의 제한을 의미하지는 않는다.
우선, 도 1a 및 1b가 참조된다. 도 1a에는, 프레넬 렌즈(1)가 도시되어 있다. 도 1b에는, 본 발명에 따른 성형 방법에 상응하고 도 1a의 프레넬 렌즈(1)를 제조하기 위해 이용될 수 있는 방법의 단계들이 도시되어 있다. 상기 방법은, 바람직하게는 자동차 분야에서, 그리고 특히 자동차 헤드램프에서 사용되는 렌즈들을 위한 제조 방법이다. 프레넬 렌즈(1)는 실질적으로 2개의 층, 요컨대 형태 안정적인 기판층(2)과, 이 형태 안정적인 기판층(2) 상에 점착되는 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)로 구성된 폴리머층(3)을 포함한다. 예컨대 폴리머층은 열적 경화성 실리콘으로 구성된다. 또한, 프레넬 렌즈는 상기 폴리머층(3)과 상기 형태 안정적인 기판층(2)으로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 형태 안정적인 기판층(2)과 폴리머층(3) 사이에 추가적인, 예컨대 밀리미터 두께의 접착체층이 필요하지 않다. 바람직하게 폴리머층(3)은 점착력 및/또는 접착력에 의해 형태 안정적인 기판층(2) 상에 점착된다. 형태 안정적이란, 압력, 열 등에 대해 형태에서의 저항성을 의미한다. 예컨대 자동차 헤드램프에서 사용될 수 있도록 하기 위해, 메인 헤드램프 시스템들의 렌즈 기계적 측면의 표준 요건들(예: 충격 및 진동 요건들)에 적합해야 한다. 진동 및 충격 요건들과 관련하여, 통상의 기술자에게 충분히 공지된 다양한 검사들이 있다. 충격 요건은 (각각의 축에 따라서) 18g과 50g 사이에서 변동한다. 원칙상, 기판층(2)은, 안정성 및 헤드램프 요건들(예컨대 EU 폐차 처리 지침과 같은 법적 규정들 및 Q 요건들)을 충족하는 각자의 광학 투명 재료로 구성될 수 있다. 그러나 실제로는, 대개 단지 투명 열가소성 수지 또는 투명 유리만이 헤드램프 세그먼트에서 광학 부품을 위해 사용된다. 투명 유리 또는 투명 열가소성 수지는 본 발명에서도 형태 안정적인 기판층(2)을 위한 재료로서도 선호된다. 기판층(2)은 밀리미터 범위의 두께를 보유할 수 있으며, 예컨대 대략 0.5㎜와 4㎜ 사이, 특히 1.1㎜의 두께일 수 있다. 폴리머층(3)은 마찬가지로 밀리미터 범위의 두께를 보유할 수 있으며, 예컨대 대략 0.1㎜ 내지 1.1㎜의 두께일 수 있다.
폴리머층을 위한 재료로서는, 본 발명의 경우, 열적 경화성 실리콘(4), UV 경화성 에폭시드 수지 및 UV 경화성 아크릴레이트와 같은 화학적 경화성 폴리머들이 선호된다. 바림직하게는, 자신의 쇼어 A 경도가 약 30과 약 100 사이, 특히 40과 90 사이인 것인 실리콘들이 이용된다. 폴리머층이 2성분 실리콘인 렌즈들이 놀라울 정도로 우수한 광학적, 조명 기술적 및 기계적 특성들을 보유하는데, 그 이유는 확인된 것처럼 상기 2성분 실리콘이 높은 광 투명성을 보유하고, 온도 하에서 매우 빠르게 경화되며, 그리고 유리 상의 점착과 관련한 문제를 나타내지 않기 때문이다. UV 경화성 에폭시드 수지들 또는 UV 경화성 아크릴레이트들 중에서, 자체의 쇼어 D 경도가 약 50 내지 약 90, 특히 약 60 내지 약 80인 것이 선호된다.
설명의 단순화를 위해, 도 1b에 도시된 방법은 열적 경화성 실리콘(4)의 이용 하에 기술된다. 다시 말해, 적어도 하나의 (투명) 폴리머층(3)은 본 실시예에서 열적 경화성 실리콘(4)으로 형성된다.
제1 단계 S1에서, 형태 안정적인 기판층(2), 열적 경화성 실리콘(4), 및 황동 인서트 또는 황동 몸체와 같이 예컨대 황동으로 형성된 네거티브 몰드(5)가 공급된다. 다른 화학적 경화성 폴리머들을 위해, 예컨대 실리콘 고무와 같은 다른 재료로 구성되는 네거티브 몰드가 이용될 수 있다. 실리콘(4)으로는 전술한 실리콘층(3)이 형성되며, 형태 안정적인 기판층(2)뿐만 아니라 실리콘층(3) 역시도 투명하다. 바람직하게는, 형태 안정적인 기판층(2)뿐만 아니라 실리콘층(3) 역시도 약 400㎚와 약 800㎚ 사이의 파장 범위의 광(가시 광)에 대해 95%보다 더 큰, 바람직하게는 99.9%보다 더 큰, 특히 바람직하게는 99.98%보다 더 큰 투과율을 보유한다. 이는 전술한 다른 화학적 경화성 폴리머들에도 적용된다.
형태 안정적인 기판층(2) 및 폴리머층(3)은 전체로서 다양한 굴절률을 보유할 수 있다. 이는, 프레넬 렌즈(1) 또는 렌즈의 광학 특성들에 대해 공통적이거나, 또는 프레넬 렌즈(1) 또는 렌즈가 이용될 수 있는 광학 투영 장치의 광학 특성들에 대해 중요한 매개변수들의 개수가 더 많아진다는 장점이 있다. 상기 매개변수들은 상응하는 렌즈의 설계 시 함께 고려되며, 그리고 그와 동시에 가변될 수도 있고 경우에 따른 광학 요건들에 매칭될 수도 있다.
도 1b에 도시된 네거티브 몰드(5)는 상응하는 윤곽 형성 표면, 즉 제조할 프레넬 렌즈(1)의 패시트 패턴(50)을 포함한다.
도 1a 및 1b에는, 형태 안정적인 기판층(2)이 서로 대향하여 위치하고 바람직하게는 평면인 2개의 표면(20 및 21)을 포함한 판(plate)으로서 형성될 수 있는 점도 추가로 확인된다. 서로 대향하여 위치하는 표면(20, 21)들 중 일측은 만곡될 수 있거나, 또는 약간 만곡될 수 있다. 또한, 두 표면(20, 21) 모두가 만곡되거나, 또는 약간 만곡되는 점도 생각해볼 수 있다. 약간 만곡된다는 것은, 어의(語義)에 따라, 표면의 곡률이, 기판층(2)의 일측 표면(20) 상에, 또는 이 일측 표면에 대향하여 위치하는 표면(21) 상에 폴리머층(3)의 본 발명에 따른 편평한 점착을 방해하지 않는다는 점을 의미한다.
도 1b에 도시된 제조 방법의 후속 단계 S2에서, 열적 경화성 실리콘(4)은 네거티브 몰드(5) 내로 주입되거나, 또는 계량 공급된다. 이용되는 실리콘은, 실온(약 14℃ 내지 약 30℃, 바람직하게는 18℃ 내지 23℃)에서, 그리고 보통의 대기압(약 1 bar)에서 네거티브 몰드(5) 내로 주입되거나, 또는 계량 공급되기 위해, 그리고 예컨대 중력의 작용 하에 프레넬 렌즈(1)의 패시트 패턴(50)에 상응하는 형태를 취하도록 바람직하게는 빈틈없이 상기 네거티브 몰드를 충전하기 위해 충분히 연질이다. 그러나 확인된 점에 따르면, 상대적으로 더 높은 온도에서 제조 공정은 상대적으로 더 신속하게 진행되었다(후술 내용 참조).
제3 단계 S3에서, 형태 안정적인 기판층(2)은 실리콘(4)이 그 내에 위치해 있는 네거티브 몰드(5) 상에 올려지거나 안착된다. 이 경우, 네거티브 몰드 내에 있는 열적 경화성 실리콘(4)은, 네거티브 몰드(5)로 향해 있는, 형태 안정적인 기판층(2)의 표면(20)과 편평하게 접촉하게 된다. 따라서, 프레넬 렌즈(1)의 실리콘층(3)은 (온도 조절되지 않은) 임프린팅 공정(imprinting process)을 통해 자신의 표면 구조를 얻게 되며, 이 표면 구조의 형태를 통해서는 프레넬 렌즈(1)의 광 굴절 특성들이 결정된다. 도 1a 및 1b에서는, 형태 안정적인 기판층(2)이, 네거티브 몰드(5) 내의 패시트 패턴(50)이 취하는 네거티브 몰드(5)의 영역에 상응하게 치수 설계되어 있는 점이 확인된다. 유용하게는, 올리기 전에, 네거티브 몰드(5)로 향해 있는 표면(20)이 네거티브 몰드(5) 상으로 형태 안정적인 기판층(2)을 안착시키고/올릴 때 패시트 패턴(50)을 완전하게 덮을 수 있는 방식으로, 네거티브 몰드(5)의 상부에 형태 안정적인 기판층(2)을 포지셔닝한다.
형태 안정적인 기판층(2)과 실리콘의 최종 가교 결합(final crosslink), 및 그 결과로서 형태 안정적인 기판층(2) 상에서 실리콘층(3)의 점착을 개선하기 위해, 적합하게는, 올리기/안착시키기 전에 형태 안정적인 기판층(2)을 전처리할 수 있다. 이 경우, 실리콘층(들)이 적층되는, 형태 안정적인 기판층(2)의 표면(들)을 처리하는 것이 적합하다. 도 1b에 도시된 방법의 경우, 네거티브 몰드(5)로 향해 있는 표면(20)은 안착되기/올리기 전에 전처리될 수 있으며, 바람직하게는 청소되고 불꽃 실리케이션으로 처리될 수 있다. 불꽃 실리케이션을 통한 적어도 하나의 표면(20)의 표면 전처리는 첫째로 불꽃 열분해(flame pyrolysis)(표면 실리케이션)을 통해 재료 표면들 상에서 고에너지 실리케이트층(약 40㎚의 층 두께)을 제조한다는 점에 있을 수 있고, 두 번째로는 전처리할 재료, 여기서는 표면(20)에 매칭되는 기능성을 갖는 점착성 프로모터(adhesive promoter)를 적용하는 점에 있을 수 있다. 예컨대 전술한 전처리에서, SurASil® 기술이 적용될 수 있다. SurASil® 기술은 불꽃 처리(flame treatment)를 이용하여 접착제, 코팅층 및 압력 매체의 점착 강도에 영향을 주기 위한 표면들의 일반적으로 공지된 처리 방법이며, 그리고 수년 전부터 수많은 산업 분야에서 확립된 방법(예: 스크린 프린팅, 대버 프린팅(dabber printing), 디지털 프린팅 및 직물 프린팅)이다. 점착 강도의 또 다른 유의적인 개선은 불꽃 열분해(불꽃 실리케이션)를 통해 제조되는 반응성 실리케이트층의 증착을 통해 달성될 수 있다.
SurASil® 기술을 통해 형태 안정적인 기판층(2)의 표면(20), 예컨대 유리 기판 표면의 전처리를 통해, 고에너지의 반응성 실리케이트층이 표면(20) 상에 적층된다. 특히 자동차 분야에서의 적용을 위해, 프레넬 렌즈의 점착 특성 및 안정성을 개선하는 것이 바람직하며, 그럼으로써, 예컨대 자동차 광 모듈 전방에 로우빔 광 분포 또는 하이빔 광 분포와 같은 전체 광 분포의 형태로 자동차 광 모듈의 광원에 의해 사전 형성되는 광 분포를 투영하기 위해, 프레넬 렌즈가 이미 승인된 자동차의 자동차 광 모듈 내에, 또는 자동차 헤드램프 내에 사용된다면, 프레넬 렌즈(1)의 광학 특성을 결정하는 실리콘층(3)이 형태 안정적인 기판층(2)의 표면(20)으로부터 분리되는 확률은 최대한 낮게 유지될 수 있게 된다. 이는 자연히 본 발명의 문맥에서의 다른 복합 렌즈들에도 적용된다.
(층 두께가 ㎚ 범위이고 바람직하게는 약 40㎚인) 상기 반응성 실리케이트층을 이용한 전술한 코팅 공정(또는 형태 안정적인 기판층(2)의 표면(20)의 사전 가교 결합)을 통해, 대개 실리콘층(3)(또는 다른 전술한 폴리머들로 이루어진 층)과 유리 기판과 같은 형태 안정적인 기판층(2) 간의 장기 안정적인 결합을 획득하게 된다.
실리콘(4)이 그 내에 위치하는 네거티브 몰드(5) 상에 형태 안정적인 기판층(2)을 올린/안착시킨 후에, 제4 단계 S4에서, 실리콘(4)을 경화하여, 형태 안정적인 기판층(2)의 표면 상에 점착되는 실리콘층(3)을 수득하기 위해, 실리콘(4)에 열이 공급될 수 있다. 이 경우, 열 공급을 통해 실리콘(4)의 가교 결합은 촉진된다. UV 경화성 에폭시드 수지들과 같은 다른 화학적 경화성 폴리머들의 경우, 가교 결합은 UV 방사선의 이용 하에서도 수행될 수 있다. 바람직한 실시형태의 경우, 열은, 네거티브 몰드(5)의 온도 조절을 통해, 네거티브 몰드 내에 위치하는 실리콘(4)으로 공급된다. 도 1b에서 도면부호 ΔT가 지시하는, 네거티브 몰드(5)의 온도 조절을 통해, 제조 시간은 분명하게 단축된다. 이는, 네거티브 몰드(5) 내에 위치하는 실리콘(4)이 실온보다 더 높은 온도에서 상대적으로 더 빠르게 가교 결합되는 점과 관련이 있다. 정상 조건들(실온 및 대기압) 하에서, 네거티브 몰드(5) 내에서 실리콘의 가교 결합은 수 시간 동안 지속될 수 있다. 본원의 제조 방법의 실무에서 입증된 실시형태의 경우, 예컨대 네거티브 몰드(5)는 기결정된 제1 온도로 가열된다. 이 경우, 제1 온도는 예컨대 약 90℃와 약 200℃ 사이, 바람직하게는 약 100℃와 약 15℃ 사이, 특히 바람직하게는 약 100℃와 약 120℃, 또는 약 120℃와 약 150℃ 사이의 범위이다. 이미 언급한 것처럼, 그렇게 하여 실리콘(4)의 가교 결합 시간은 감소되며, 실리콘(4)은 경화를 위해 네거티브 몰드(5) 내에서 전술한 제1 온도에서 바람직하게는 전술한 제1 온도에 따른 기간 동안 유지된다. 상기 기간은 예컨대 약 0.5분과 6분 사이, 바람직하게는 1분과 5분 사이이다. 2성분 실리콘이 이용되는 구체적인 예시의 경우, 네거티브 몰드(5)는 약 120℃ ~ 150℃로 가열되고 약 1분 동안 해당 온도에서 유지된다. (역시 2성분 실리콘을 이용한) 다른 실험의 경우, 네거티브 몰드(5)는 약 100℃ ~ 120℃로 가열되며, 그리고 경화 시간은 그에 상응하게 약 5분으로 증가된다.
전술한 다른 화학적 경화성 폴리머들의 경우, 다른 온도들 및 경화 시간들이 선호될 수 있다. 예컨대 UV 경화성이거나 또는 경화되는 에폭시드 수지의 경우, 제1 온도는 약 70℃와 약 120℃ 사이의 범위일 수 있다. 일반적으로, UV 경화성 폴리머들의 경우, UV 방사선의 이용 하에 경화를 추가로 촉진하는 것이 유용할 수 있다. 관찰된 점에 따르면, 단파 UV 방사선(약 200㎚ 내지 380㎚ 파장)을 통해 에폭시드 수지와 같은 UV 반응성 폴리머의 매우 빠른 경화(오직 수초 이내, 예컨대 10초 미만 이내에)가 이루어졌다.
네거티브 몰드(5) 내에서 실리콘이 가교 결합되어 경화된 후에, 형태 안정적인 기판층(2)의 표면(20) 상에 점착된, 가교 결합/경화된 실리콘층(3)은 네거티브 몰드(4)로부터 분리된다(단계 S5).
바람직하게는, 네거티브 몰드(5)로부터 실리콘층(3)을 분리할 때, 네거티브 몰드(5)는 기결정된 제2 온도로 냉각될 수 있으며, 그런 후에 완성된 프레넬 렌즈(1) 및 그로 인한 실리콘층(3)이 네거티브 몰드(5)에서 제거된다. 냉각 공정 동안, 실리콘은 (자신의 높은 열 팽창 계수로 인해) 수축되며, 그리고 그에 따라 완전하게 제조된 프레넬 렌즈(1)는 비파괴 방식으로, 다시 말하면 실리콘층(3)의 잠재적인 손상 없이 금형(네거티브 몰드)에서 분리되게 된다. 그에 따라, 불량률(오류율)은 현저하게 감소된다.
바람직하게는, 프레넬 렌즈(1)는 네거티브 몰드(5)로부터 상향으로(도 1b에서 추적 화살표 참조) 제거된다. 이 경우, 제2 온도는 약 40℃와 약 70℃ 사이, 바람직하게는 약 50℃와 약 60℃ 사이의 범위이다. 여기서, 냉각은 압축 공기, 예컨대 손으로 실행하는 점도 생각해볼 수 있다. 이 경우, 압축 공기는 컴프레서를 통해 공급될 수 있다. 제조 공정은, 예컨대 네거티브 몰드(5)를 냉각하도록 구성되는 냉각 장치(6)(도 2a, 2b, 5 참조)가 제공될 대 추가로 최적화될 수 있다. 예컨대 냉각 장치(6)는 냉각액에 의해 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 장치(6)는 네거티브 몰드(5) 상에 배치될 수 있거나, 또는 네거티브 몰드(5)에 포함될 수 있다. 냉각 장치(6)는 예컨대 네거티브 몰드(5) 내에 형성되는 하나 또는 복수의 냉각 채널을 포함할 수 있다(도 2a, 2b 및 5 참조).
전술한 다른 화학적 경화성 폴리머들의 경우, 다른 온도들 및 경화 시간들이 선호될 수 있다. 예컨대 UV 경화성 에폭시드 수지의 경우, 제2 온도는 70℃와 90℃ 사이의 범위일 수 있다.
온도를 전술한 것처럼 높이기 위해, 가열 수단(7)이 제공될 수 있다. 예컨대 가열 수단(7)은 하나 또는 복수의 가열 카트리지(70, 71)를 포함할 수 있으며, 이들 가열 카트리지는, 도 2a 및 2b에서 확인되는 것처럼, 윤곽 형성 표면으로, 열 손실이 최대한 적은 조건에서, 해당 열을 직접적으로 방출할 수 있도록, 윤곽 형성 표면-여기서는 패시트 패턴(50)에 최대한 가까울 수 있도록 하기 위해, 이를 위해 제공된, 네거티브 몰드(5)의 리세스(700, 710)들 내에 배치될 수 있다. 더 나아가, 가열 수단(7)은 온도 감지기(72)를 포함할 수 있으며, 온도 감지기는 이를 위해 제공되고 네거티브 몰드(5) 내에 형성된 블라인드 홀(720) 내로 삽입될 수 있다.
도 1a 및 1b에서는, 프레넬 렌즈(1)의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들이 실리콘층(3) 내에 형성되어 있는 점이 확인된다. 더 나아가, 도 1a 및 1b에서는, 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들(및 이에 대응하는 패시트 패턴(50))이 구배 각도를 포함하지 않는 점도 추론된다. 이는, 전술한 경화성 실리콘, 또는 UV 경화성 에폭시드 수지 또는 아크릴레이트와 같은 전술한 화학적 경화성 폴리머들의 이용을 통해 가능해진다. 열가소성 플라스틱의 경우처럼 다른 종래 재료들의 경우 구배 각도가 존재해야 하는데, 그 이유는 그렇지 않을 경우 프레넬 렌즈(1)가 네거티브 몰드(5)에서 깔끔하게 분리될 수 없기 때문이다(균열 형성, 뒤틀림 등).
본 발명과 관련하여, "구배 각도를 포함하지 않는다"는 표현은, 프레넬 렌즈(1)의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들의 광학적으로 유효하지 않은 측면(100)들이 실리콘층(3)이 그 상에 점착되는 것인 형태 안정적인 기판층(2)의 표면(20)에 대해 실질적으로 수직으로 배열된다는 점을 의미한다.
또한, "광학적으로 유효한 표면"이란 용어는, 광 패턴을 형성하기 위해 제공되는 광 굴절 표면을 의미한다. 이와 반대로, "광학적으로 유효하지 않은 표면들"은, 그 존재가 실질적으로 단지 오류광만을 야기하는 표면들이다. 그러므로 광학적으로 유효하지 않은 상기 표면들을 최대한 적게 유지하거나, 또는 광이 그 표면들에서 굴절하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 후자의 경우는 예컨대 광로 내에 상기 표면들의 특별한 배치를 통해 달성될 수 있다.
더 나아가, 도 1b에는, 프레넬 렌즈(1)의 모든 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)가 동일한 높이(예: 약 0.1㎜의 높이)에 위치할 수 있는 점도 확인된다. 각자의 단차부(10)의 높이가 원주방향으로 소정의 범위에서, 예컨대 약 0.01㎜와 약 2㎜ 사이에서, 바람직하게는 약 0.1㎜와 약 1.5㎜ 사이에서 변동하는 점도 생각해볼 수 있다. 더 나아가, (프레넬 렌즈(1)의 반경 방향에서) 규칙적으로 배열되는 상이한 광 굴절 환형 단차부들은 상이한 높이를 보유할 수 있다. 예컨대 패시트(10)들은 프레넬 렌즈의 중심에서보다 그 테두리들 상에서 상응하는 패시트 패턴(50)에 의해 더 높게 형성될 수 있다(도 2a, 2b 및 5 참조).
공지된 방식으로, 구배 각도는, 특히 프레넬 렌즈들의 경우, 특히 자동차 조명 기술의 분야에서, 구배 각도를 갖는 프레넬 렌즈들이 자신들의 불충분한 광학 특성들로 인해 사용될 수 없게 하는 문제를 나타낸다. 구배 각도는 높은 오류광 성분을 초래한다. 심지어 1° 내지 3°(표면(20)에 대해 광학적으로 유효하지 않은 측면(100)들의 직교성으로부터의 편차) 범위의 구배 각도는, 프레넬 렌즈(1)가 로우빔 자동차 헤드램프 모듈에서 사용되어서는 안 될 정도의 양의 오류광을 초래할 수 있다. 본 발명의 경우, 구배 각도가 방지될 수 있을 뿐만 아니라, 심지어 언더컷 가공된 측면들("음의 구배 각도")을 갖는 프레넬 렌즈들이 제조되는 점까지도 생각해볼 수 있다.
본 발명에 따른 프레넬 렌즈(1)에 의해 생성되는 로우빔 광 분포(8)는 도 3a에 도시되어 있다. 도 3a에서는, 로우빔 광 분포(8)가 산란광 영역(R1, R2, R3)을 포함하는 점이 확인된다. 상응하는 산란광 영역(R1, R2, R3)에서 광도는 각각 R1에서는 약 40 내지 45칸델라이고, R2에서는 약 70 내지 80칸델라이며, R3에서는 약 200 내지 210칸델라이다. 상기 산란광 영역들은 쉽게 방지되지 않는다. 그러나 광 분포의 품질은 산란광 영역들 간의 광도 변동을 감소시키는 것을 통해 실질적으로 증가될 수 있다. 놀라운 사실로 확인된 점에 따르면, 프레넬 렌즈(1)의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들이 자신들의 광학적으로 유효하지 않은 측면(100)들에 표면 조직들(여기서는 미도시)을 포함할 때, 광 분포들의 품질은 훨씬 더 증가될 수 있다. 상기 프레넬 렌즈(1)에 의해, 균질한 산란광 영역을 포함하는 광 분포, 예컨대 로우빔 광 분포가 생성될 수 있다. 균질한 산란광 영역(R4)을 포함한 로우빔 광 분포(80)는 도 3b에 도시되어 있다. 균질한 로우빔 분포(80)의 광도 최대 영역을 에워싸며, 그리고 실질적으로 상대적으로 더 적은 광도 변동을 보유한다. 도시된 예시에서, 전체 균질한 산란광 영역(R4)에서 광도는 약 40칸델라이다. 전술한 표면 조직들은 네거티브 몰드(5), 정확히 말하면 패시트 패턴(50)의 상응하는 영역들을 그에 상응하게 형성하는 것을 통해 달성될 수 있다.
더 나아가, 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들은 라운딩되거나(미도시) 또는 예각인 첨단(101)들을 포함할 수 있다. 비록 예각 첨단(101)들이 쉽게 달성되지는 않지만, 그럼에도 상대적으로 더 우수한 광 분포를 달성하기 때문에 선호된다. 예각 첨단(101)들은, 실리콘, 또는 전술한 다른 화학적 경화성 폴리머들 중 하나가 주입할 때 네거티브 몰드(5) 내에서 패시트 패턴(50)의 상응하는 (예각) 위치에 도달하기에 충분히 연질이기 때문에 형성된다.
이와 관련하여, 주지할 사항은, 본 발명에 따른 성형 방법이 프레넬 렌즈(1)의 제조로 제한되지 않는다는 점이다. 네거티브 몰드(5)의 윤곽 형성 표면의 형태를 변경하는 것을 통해, 다른 렌즈들도 제조될 수 있다. 예컨대 네거티브 몰드의 윤곽 형성 표면이 마이크로 렌즈 어레이 패턴(51)을 포함한다면, 마이크로 렌즈 어레이(1000)들, 예컨대 본원 출원인의 AT 514967 B1호에 도시된 마이크로 렌즈 어레이들이 제조될 수 있다(도 4 참조).
이제는, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 렌즈 제조 장치에 상응하며, 그리고 자동차 헤드램프 광 모듈을 위한 복합 렌즈, 예컨대 전술한 프레넬 렌즈(1) 또는 전술한 마이크로 렌즈 어레이(100)를 제조하는데 이용할 수 있는 제조 장치(9)의 개요가 설명된다.
상기 제조 장치(9)는, 제조할 렌즈에 상응하는 윤곽 형성 표면, 예컨대 프레넬 렌즈(1)의 패시트 패턴(50), 또는 마이크로 렌즈 어레이 패턴(51)을 보유한 네거티브 몰드를 포함한다. 더 나아가, 제조 장치는, 바람직하게는 진공 흡입기(901)를 구비한 파지 수단(90)을 포함하며, 상기 파지 수단은, 네거티브 몰드(5) 내에 위치하는 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머와 편평하게 접촉해야 하는 표면(20, 21)이 네거티브 몰드(5)로 향하는 방식으로, 형태 안정적인 기판층(여기서는 미도시)을 파지하도록 구성된다.
더 나아가, 제조 장치(9)는 포지셔닝 수단, 바람직하게는 선형 액추에이터(91)를 포함한다. 선형 액추에이터(91)는 (기울임이 없는) 깔끔한 안착/올림을 제공한다. 포지셔닝 수단(91)은, 네거티브 몰드(5)의 상부에 형태 안정적인 기판층을 포지셔닝하고 네거티브 몰드(5) 상에 형태 안정적인 기판층을 안착시키며/올리며, 그리고 몰드에서 분리하는 과정 중에는 네거티브 몰드(5)로부터 떼어내도록 구성된다. 네거티브 몰드(5)의 상부에 형태 안정적인 기판층을 포지셔닝하는 단계는, 앞서 기술한 것처럼, 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21)이, 패시트 패턴(50) 또는 마이크로 렌즈 어레이 패턴(51)과 같은 네거티브 몰드(5)의 윤곽 형성 표면을 안착시킬/올릴 때 완전하게 덮을 수 있는 방식으로 수행된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 장치(9)는, 예컨대 전술한 가열 수단(7)을 구비하며, 그리고 네거티브 몰드(5) 내에서 화학적 경화성이거나, 또는 경화되는 폴리머(4)를 경화하고, 그리고/또는 화학적 경화성 폴리머(4)의 경화를 촉진하도록 구성되는 경화 장치도 포함한다. 전술한 가열 수단(7)은 네거티브 몰드(5)를 가열하도록 구성된다. 또한, 경화 장치는, 가열 수단(7) 대신, 또는 가열 수단(7)에 추가로, 화학적 경화성 폴리머로서 UV 경화성 에폭시드 수지 또는 UV 경화성 아크릴레이트가 이용될 때 이용될 수 있는 UV 조사 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 제조 장치(9)는 네거티브 몰드(5)를 냉각하도록 구성되는 냉각 장치(여기서는 미도시), 예컨대 전술한 냉각 장치(6)를 포함할 수 있다.
이미 언급한 것처럼, 가열 수단(7)은, 자신의 열을 윤곽 형성 표면(50, 51)으로 직접적으로, 그리고 큰 열 손실 없이 방출할 수 있도록 하기 위해, 네거티브 몰드(5) 상에 배치되는, 바람직하게는 네거티브 몰드(5)의 윤곽 형성 표면(50, 51) 가까이에 배치되는 하나 또는 복수의 가열 카트리지(70, 71)를 포함할 수 있다. 이를 위해, 네거티브 몰드(5)는 특별히 제공된 리세스(700, 710)들을 포함할 수 있다. 도 5에서는, 가열 카트리지(70, 71)들이 리세스(700, 710)들 내에 수용되어 있음으로써 가열 카트리지들은 윤곽 형성 표면(50, 51)에 가깝게 있지만, 그러나 그 표면에 접촉하지 않으며, 그리고 작동 중에는 자신들의 열을 윤곽 형성 표면(50, 51)으로 직접적으로 방출할 수 있게 되는 점이 확인된다. 가열 수단(7)은, 기결정된 제1 온도로 네거티브 몰드를 가열하도록 구성되며, 제1 온도는 예컨대 약 90℃와 약 200℃ 사이, 바람직하게는 약 100℃와 약 150℃ 사이, 특히 바람직하게는 약 100℃와 약 120℃, 또는 약 120℃와 약 150℃ 사이의 범위이다.
전술한 방법(S1 ~ S5) 및 전술한 제조 장치(9)는, 2개의 투명 실리콘층을 포함하는 렌즈들을 제조하기 위해서도 이용될 수 있다. 예컨대 도 1b를 참조하면, 프레넬 렌즈(1)는 제5 단계 S5 후에 뒤집힐 수 있으며, 그럼으로써 실리콘층(3)이 그 상에 이미 점착된 표면(20)에 대향하여 위치하는 다른 표면(21)이 네거티브 몰드(5)로 향해 있게 된다. 그에 이어서, 단계들 S2 내지 S5가 반복될 수 있다. 그렇게 하여, 형태 안정적인 기판층(2)의 서로 대향하는 표면(20, 21)들 상에 점착된 2개의 실리콘층을 포함하는 프레넬 렌즈가 마련된다. 이는, 자연히 마이크로 렌즈 어레이(1000)의 제조에도 그에 상응하게 적용된다.
본 발명의 전술한 논의는 설명 및 기술을 목적으로 제시되었다. 전술한 사항은, 본원에서 개시되는 형태 또는 형태들로 본 발명을 제한하지 않아야 한다. 전술한 상세한 기술내용에서, 예컨대 하나 또는 다수의 실시형태에서 본 발명의 다양한 특징들은 개시의 간결화를 목적으로 요약되어 있다. 이런 유형의 개시는, 청구되는 방법이 각자의 청구항에 명확히 언급되는 것보다 더 많은 특징을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 하기 청구범위가 반영하는 것처럼, 앞서 기술한 단일의 실시형태의 모든 특징보다 더 적은 특징들로 발명의 양태들이 존재한다.
더 나아가, 비록 본 발명의 기술내용이 하나 또는 다수의 실시형태 및 정해진 변형들 및 수정들의 기술내용을 포함하고 있기는 하지만, 본원 개시의 이해에 따라 본 발명의 범위 이내에, 예컨대 전문가의 능력 및 지식 이내에 또 다른 변형들 및 수정들도 존재한다.

Claims (20)

  1. 복합체로서 형성되는 렌즈(1, 1000)를 제조하기 위한 성형 방법으로서, 상기 복합체는 형태 안정적인 기판층(2)과, 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)로 구성되는 적어도 하나의 폴리머층(3)을 포함하는, 상기 렌즈 제조를 위한 성형 방법에 있어서,
    상기 성형 방법은
    - 공급 단계로서,
    * 형태 안정적인 기판층(2),
    * 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)(형태 안정적인 기판층(2)뿐만 아니라 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)는 투명하다.), 및
    * 네거티브 몰드(5)를 공급하는 상기 공급 단계;
    - 상기 네거티브 몰드(5) 내로 상기 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)를 주입하는 단계;
    - 상기 네거티브 몰드(5) 상에 상기 형태 안정적인 기판층(2)을 안착시킴으로써 상기 네거티브 몰드(5) 내에 위치하는 상기 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)가 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21)과 편평하게 접촉하게 되는 단계;
    - 상기 적어도 하나의 폴리머층(3)을 수득하기 위해 상기 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)를 경화하고, 상기 적어도 하나의 폴리머층(3)이 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 편평하게 점착되는 단계; 및
    - 상기 렌즈(1, 100)를 수득하기 위해, 상기 네거티브 몰드(5)에서부터, 상기 형태 안정적인 기판층(2)과, 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 점착된 상기 폴리머층(3)으로 구성되는 수득된 복합체를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조를 위한 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)는 바람직하게는 열적 경화성 실리콘, 예컨대 2성분 실리콘, UV 경화성 에폭시드 수지, UV 경화성 아크릴레이트로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 열적 경화성 실리콘은 예컨대 약 30 내지 약 100, 바람직하게는 약 40 내지 약 90의 쇼어 A 경도를 보유하고, 그리고/또는 상기 UV 경화성 에폭시드 수지 또는 상기 UV 경화성 아크릴레이트는 바람직하게는 약 50 내지 약 90, 특히 바람직하게는 약 60 내지 약 80의 쇼어 D 경도를 보유하는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조를 위한 성형 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학적 경화성 폴리머(4)의 경화 단계는 상기 네거티브 몰드(5)를 온도 조절하는 것을 통해 수행되며, 그리고
    - 제1 온도가 예컨대 약 90℃와 약 200℃ 사이, 바람직하게는 약 100℃와 약 150℃ 사이, 특히 바람직하게는 약 100℃와 약 120℃, 또는 약 120℃와 약 150℃ 사이의 범위인 조건에서, 기결정된 제1 온도로 상기 네거티브 몰드(5)를 가열하는 부분 단계, 및
    - 바람직하게는 기결정된 제1 온도에 따르는 기간이 예컨대 약 0.5분과 6분 사이, 바람직하게는 1분과 5분 사이인 조건에서, 상기 기간 동안 기결정된 제1 온도에서 상기 네거티브 몰드(5)를 유지하는 부분 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조를 위한 성형 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 네거티브 몰드(5)에서부터, 상기 형태 안정적인 기판층(2)과, 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 점착된 상기 폴리머층(3)으로 구성되는 수득된 복합체를 분리하는 단계는
    - 기결정된 제2 온도로 상기 네거티브 몰드(5)를 냉각하는 부분 단계, 및
    - 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 점착된 실리콘층(3)에서 상기 네거티브 몰드(5)를 제거하는 부분 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조를 위한 성형 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네거티브 몰드(5) 상으로 상기 형태 안정적인 기판층(2)을 안착시킬 때 상기 네거티브 몰드(5) 내에 위치하는 상기 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)와 편평하게 접촉하는, 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21)은 안착되기 전에 전처리되는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조를 위한 성형 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 네거티브 몰드(5) 상에 상기 형태 안정적인 기판층(2)을 안착시키기 전에 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21)의 전처리는
    - 상기 적어도 하나의 표면(20, 21)을 청소하는 단계; 및
    - 불꽃 실리케이션을 이용하여 상기 적어도 하나의 표면(20, 21)의 표면 전처리를 실행하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조를 위한 성형 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 성형 방법을 통해 제조되는 자동차 헤드램프 광 모듈용 렌즈.
  8. 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈로서, 프레넬 렌즈(1)는 복합체로서 형성되며, 상기 복합체는 형태 안정적인 기판층(2)과, 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)로 구성되는 적어도 하나의 폴리머층(3)을 포함하며, 형태 안정적인 기판층(2)뿐만 아니라 적어도 하나의 폴리머층(3) 역시도 투명하며, 적어도 하나의 폴리머층(3)은 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 편평하게 점착되는, 상기 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈에 있어서, 상기 프레넬 렌즈(1)의 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들은
    - 상기 적어도 하나의 폴리머층(3) 내에 형성되며, 그리고
    - 구배 각도를 포함하지 않는
    것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 형태 안정적인 기판층(2)은 적어도 부분적으로 투명 유리 또는 투명 열가소성 수지로 구성되며, 그리고 바람직하게는 약 0.5㎜ 내지 약 4㎜, 예컨대 1.1㎜의 두께를 보유하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)는 열적 경화성 실리콘(4), 예컨대 2성분 실리콘, UV 경화성 에폭시드 수지, UV 경화성 아크릴레이트로 구성되는 군에서 선택되며, 상기 열적 경화성 실리콘(4)은 예컨대 약 30 내지 약 100, 바람직하게는 약 40 내지 약 90의 쇼어 A 경도를 보유하고, 그리고/또는 상기 UV 경화성 에폭시드 수지 또는 상기 UV 경화성 아크릴레이트는 바람직하게는 약 50 내지 약 90, 특히 바람직하게는 약 60 내지 약 80의 쇼어 D 경도를 보유하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들은 자신들의 광학적으로 유효하지 않은 측면(100)들 상에 표면 조직들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규칙적으로 배열된 광 굴절 환형 단차부(10)들은 라운딩되거나 예각의 첨단(101)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규칙적으로 배열된 광 굴절 환형 단차부(10)들은 연속적인 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규칙적으로 배열되는 광 굴절 환형 단차부(10)들은 약 0.01㎜과 약 2㎜ 사이, 바람직하게는 약 0.1㎜과 약 1.5㎜ 사이의 범위의 높이, 특히 약 0.1㎜의 높이를 보유하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈(1)는 각각 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머로 구성되는 2개의 투명 폴리머층을 포함하며, 상기 폴리머층들은 상기 형태 안정적인 기판층(2)의 서로 대향하는 표면(20, 21)들 상에 점착되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 광 모듈용 프레넬 렌즈.
  16. 자동차 광 모듈용, 특히 자동차 헤드램프 광 모듈용 렌즈(1, 100)를 제조하기 위한 렌즈 제조 장치로서, 상기 렌즈(1, 1000)는 형태 안정적인 기판층(2)과, 적어도 하나의 화학적 경화성 폴리머(4)로 구성되는 적어도 하나의 폴리머층(3)을 포함하는 복합체로서 형성되며, 형태 안정적인 기판층(2)뿐만 아니라 적어도 하나의 폴리머층(3) 역시도 투명하며, 적어도 하나의 폴리머층(3)은 형태 안정적인 기판층(2)의 적어도 하나의 표면(20, 21) 상에 편평하게 점착되고, 상기 렌즈 제조 장치(9)는
    - 제조할 렌즈(1, 100)에 상응하는 윤곽 형성 표면(50, 51), 예컨대 프레넬 렌즈(1)의 패시트 패턴(50)을 구비한 네거티브 몰드이면서, 프레넬 렌즈(1)의 패시트 패턴(50)은 바람직하게는 구배 각도를 보유하지 않는 것인, 상기 네거티브 몰드(5)와;
    - 바람직하게는 진공 흡입기(91)를 구비하는 파지 수단이면서, 적어도 하나의 표면(20, 21)이 네거티브 몰드(5)로 향하는 방식으로 형태 안정적인 기판층(2)을 파지하도록 구성되는 상기 파지 수단(90)과;
    - 바람직하게는 선형 액추에이터(91)를 포함하고, 네거티브 몰드(5) 상부에 형태 안정적인 기판층(2)을 포지셔닝하고 네거티브 몰드(5)의 상부에 형태 안정적인 기판층(2)을 안착시키며, 그리고 네거티브 몰드(5)에서 떼어내도록 구성되는 포지셔닝 수단을; 포함하는, 상기 렌즈 제조 장치에 있어서,
    상기 렌즈 제조 장치(9)는 상기 네거티브 몰드(5) 내에서 상기 화학적 경화성 폴리머(4)를 경화하기 위한 경화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 경화 장치는 가열 수단(7)이고, 상기 렌즈 제조 장치(9)는 냉각 장치를 더 포함하며, 상기 가열 수단(7)은 상기 네거티브 몰드(5)를 가열하도록 구성되고, 상기 냉각 장치는 상기 네거티브 몰드(5)를 냉각하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 가열 수단(7)은 하나 또는 복수의 가열 카트리지(70, 71)를 포함하며, 상기 가열 카트리지는 상기 네거티브 몰드(5)에 할당되고 바람직하게는 상기 네거티브 몰드(5)의 윤곽 형성 표면(50, 51) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조 장치.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 냉각 장치는 상기 네거티브 몰드(5) 상에 배치되며, 바람직하게는 상기 네거티브 몰드(5)와 견고하게 연결되는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조 장치.
  20. 적어도
    - 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 하나의 프레넬 렌즈(1) 또는
    - 제7항에 따른 하나의 렌즈(1000)를 포함하는
    자동차 헤드램프 광 모듈 또는 자동차 헤드램프.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111474610B (zh) * 2020-05-19 2021-09-21 中国科学院光电技术研究所 一种制备连续面形菲涅尔透镜的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020127331A1 (en) * 1990-12-25 2002-09-12 Kazufumi Ogawa Transparent substrate and method of manufacturing the same
KR200417244Y1 (ko) * 2006-03-13 2006-05-24 (주)프로쎈 렌즈 사출성형품의 렌즈 제품부 파지 및 이송장치
JP2007186415A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Schott Ag 熱成形により光学部品を製造する方法および装置
US20100226022A1 (en) * 2009-03-05 2010-09-09 Glory Science Co., Ltd. Fresnel lens, the apparatus and the method of manufacturing thereof
KR20120065706A (ko) * 2010-12-13 2012-06-21 엘지디스플레이 주식회사 롤 투 롤 장비 및 그를 이용한 플렉시블 기판 처리 방법
JP2014059401A (ja) * 2012-09-14 2014-04-03 Kyoei Engineering Corp フレネルレンズの製造方法
JP2015141766A (ja) * 2014-01-27 2015-08-03 大日本印刷株式会社 照明装置及びフレネルレンズシート

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4170616A (en) * 1978-05-30 1979-10-09 Rca Corporation Method of fabrication of a Fresnel lens
IT1115189B (it) 1978-05-30 1986-02-03 Rca Corp Lente fresnel
CA2413804A1 (en) * 2000-05-26 2001-12-06 Gary Marceau Process for the automated manufacture of spectacle lenses
JP2002144353A (ja) * 2000-11-14 2002-05-21 Dainippon Printing Co Ltd レンズシート形成用樹脂の塗工方法及び塗工装置
DE102004043385B3 (de) * 2004-09-08 2006-05-18 Seereal Technologies Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Replikation fein strukturierter Flachoptiken und optischen Masken mit derartigen strukturierten Optiken
JP4149978B2 (ja) * 2004-09-16 2008-09-17 株式会社東芝 フレネルレンズおよび照明装置
US20070132120A1 (en) * 2005-12-08 2007-06-14 Bausch & Lomb Incorporated Preferential release of an ophthalmic lens using a super-cooled fluid
WO2010055801A1 (ja) * 2008-11-17 2010-05-20 コニカミノルタオプト株式会社 光学素子の製造方法及び光学素子
DE102012008640A1 (de) * 2012-05-02 2013-11-07 Heraeus Noblelight Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls mit einer Polymeroptik
AT514967B1 (de) 2013-10-25 2015-08-15 Zizala Lichtsysteme Gmbh Mikroprojektions-Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
EP2960035A1 (en) * 2014-06-26 2015-12-30 TCTech Sweden AB Method and device for injection moulding or embossing/pressing
TWI698326B (zh) * 2015-01-14 2020-07-11 德商科思創德意志股份有限公司 以全相光學元件製備光學鑄件之方法及光學鑄件
JP6553980B2 (ja) * 2015-08-13 2019-07-31 株式会社ダイセル 硬化性組成物及びその硬化物
CN207778311U (zh) * 2017-12-25 2018-08-28 上海小糸车灯有限公司 一种车灯及其光路传导装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020127331A1 (en) * 1990-12-25 2002-09-12 Kazufumi Ogawa Transparent substrate and method of manufacturing the same
JP2007186415A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Schott Ag 熱成形により光学部品を製造する方法および装置
KR200417244Y1 (ko) * 2006-03-13 2006-05-24 (주)프로쎈 렌즈 사출성형품의 렌즈 제품부 파지 및 이송장치
US20100226022A1 (en) * 2009-03-05 2010-09-09 Glory Science Co., Ltd. Fresnel lens, the apparatus and the method of manufacturing thereof
KR20120065706A (ko) * 2010-12-13 2012-06-21 엘지디스플레이 주식회사 롤 투 롤 장비 및 그를 이용한 플렉시블 기판 처리 방법
JP2014059401A (ja) * 2012-09-14 2014-04-03 Kyoei Engineering Corp フレネルレンズの製造方法
JP2015141766A (ja) * 2014-01-27 2015-08-03 大日本印刷株式会社 照明装置及びフレネルレンズシート

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Publication number Publication date
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