KR20200113534A - 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 관한 것이다.
그 구성은, 종횡으로 배열된 다수의 캐비티를 갖는 사출금형을 준비하는 사출금형 준비 단계; 박판으로 되어 있으며, 표면에 상기 각 캐비티과 대응되는 간격을 이루도록 배열된 다수의 개구부를 갖는 캐리어프레임을 준비하는 캐리어프레임 준비 단계; 상기 캐리어프레임을 상기 사출금형에 투입하는 캐리어프레임 투입 단계; 상기 캐리어프레임이 투입된 사출금형에 수지를 주입하고 경화시킴으로써, 상기 캐리어프레임과, 상기 캐리어프레임의 일측 표면에 적층된 수지층과, 상기 각 개구부에 배치되도록 상기 수지층과 연결된 다수의 렌즈부를 갖는 반제품을 제작하는 사출성형 단계; 및 상기 반제품에서 상기 각 렌즈부를 분리해내는 렌즈 분리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법{Manufacturing method of Fresnel lens for mobile devices}
본 발명은 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사출성형 방식을 이용하여 모바일기기용 프레넬 렌즈를 제작할 때에 원자재의 소모량을 절감할 수 있으며, 정밀도가 우수한 렌즈를 제작할 수 있도록 한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 관한 것이다.
스마트폰 등의 모바일기기에는 어두운 환경에서도 사진을 촬영하거나 시야를 확보할 수 있도록 LED(Light Emitting Diode)로 이루어진 플래시가 구비되며, 상기 플래시의 전방에는 플래시에서 발생한 빛을 확산 및 집광시키기 위한 프레넬 렌즈(Fresnel lens)가 장착된다.
이러한 프레넬 렌즈는 합성수지를 사출성형하여 제작할 수 있는데, 이렇게 사출성형 방식을 이용한 프레넬 렌즈의 제조방법에 관한 기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-1141969호(2012.04.25. 등록, 이하 '선행기술'이라고 함) "렌즈용 금형, 이의 제조 방법 및 상기 렌즈용 금형을 이용한 렌즈"가 제시되어 있다.
상기 선행기술은 "높은 광 투과율을 갖는 상판과 낮은 광 투과율을 가지며 렌즈 어레이를 형성하기 위한 어레이 패턴이 형성된 하판을 포함하는 렌즈용 금형로서, 상기 렌즈용 금형의 일측단에 형성된 주입부를 통해 광경화형 수지를 주입하고, 상기 렌즈용 금형의 타측단에 형성된 배출부를 통해 상기 렌즈용 금형의 내부 공기를 진공 흡착하여, 상기 광경화형 수지를 상기 렌즈용 금형의 내부에 충진시키는 단계; 상기 렌즈용 금형의 상면으로 자외선을 방사하여, 상기 렌즈용 금형의 내부에 충진된 상기 광경화형 수지를 경화시키는 단계; 및 상기 상판과 상기 하판을 분리하여, 상기 경화된 광경화형 수지로부터 다수의 렌즈를 추출하는 단계를 포함하되, 상기 상판과 상기 하판을 분리하여, 상기 경화된 광경화형 수지로부터 다수의 렌즈를 추출하는 단계는, 상기 하판으로부터 상기 상판을 이형하는 단계; 상기 이형된 상판으로부터 상기 다수의 홈 패턴이 형성된 상기 광경화형 수지를 상기 렌즈 어레이로서 분리하는 단계; 상기 분리된 렌즈 어레이를 상기 다수의 홈 패턴에 따라 컷팅하여, 상기 다수의 렌즈를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 제조 방법."에 관한 것이다.
상기 선행기술은 금형의 내부에 광경화성 수지를 진공 상태로 충진한 후 경화 공정을 수행함으로써, 반응속도 및 가교도를 향상시켜 물성이 우수한 렌즈 제품을 생산할 수 있고, 경화 공정에서 수지의 수축에 의한 렌즈 왜곡 현상과 경화 중 발생하는 수축에 의한 기포 발생을 줄여 불량을 감소시킬 수 있도록 한 기술이다.
그런데 상기 선행기술과 같이 사출성형 방식을 이용하여 프레넬 렌즈를 제작할 경우, 렌즈 어레이에서 각 렌즈를 연결하는 프레임이 될 부분의 형성에 다량의 수지가 소모됨으로써 고가의 수지가 낭비되는 문제가 있다.
[문헌 1] 대한민국 등록특허공보 제10-1141969호(2012.04.25. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사출성형 방식을 이용하여 모바일기기용 프레넬 렌즈를 제작할 때에 원자재의 소모량을 절감할 수 있으며, 정밀도가 우수한 렌즈를 제작할 수 있도록 한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법은, 종횡으로 배열된 다수의 캐비티를 갖는 사출금형을 준비하는 사출금형 준비 단계; 박판으로 되어 있으며, 표면에 상기 각 캐비티과 대응되는 간격을 이루도록 배열된 다수의 개구부를 갖는 캐리어프레임을 준비하는 캐리어프레임 준비 단계; 상기 캐리어프레임을 상기 사출금형에 투입하는 캐리어프레임 투입 단계; 상기 캐리어프레임이 투입된 사출금형에 수지를 주입하고 경화시킴으로써, 상기 캐리어프레임과, 상기 캐리어프레임의 일측 표면에 적층된 수지층과, 상기 각 개구부에 배치되도록 상기 수지층과 연결된 다수의 렌즈부를 갖는 반제품을 제작하는 사출성형 단계; 및 상기 반제품에서 상기 각 렌즈부를 분리해내는 렌즈 분리 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 캐리어프레임은 금속판으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 사출금형의 각 캐비티는 둘 이상의 행과 둘 이상의 열로 이루어져 직사각형 모양의 캐비티어레이를 이루게 되고, 상기 사출성형 단계에서 형성되는 각 렌즈부는 상기 캐비티어레이를 이루는 각 캐비티와 대응되게 배열된 렌즈어레이를 이루게 되되, 상기 렌즈어레이는 상기 반제품의 길이방향을 따라 둘 이상 배열되고, 상호 인접하게 배치된 두 렌즈어레이의 사이에는 상기 개구부에 렌즈부가 비(非)형성됨에 따라 마련된 이격공간부가 형성된다.
본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의하면, 캐리어프레임이 수지층을 지지하게 됨으로써 수지층의 두께를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 각 렌즈부를 연결하는 프레임 부분의 형성에 소모되는 수지를 최소화할 수 있으므로 재료비를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 캐리어프레임에 의해 수지층 및 렌즈부의 변형이 최소화됨으로써 정밀도가 우수한 렌즈를 제작할 수 있는 효과가 있으며, 반제품이 쉽게 파손되지 않아 취급이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법의 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 사용되는 사출금형의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 사용되는 캐리어프레임의 정면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의해 제작된 반제품의 정면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의해 제작된 반제품의 측면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의해 제작된 렌즈의 정면도 및 측면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 사용되는 사출금형의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 사용되는 캐리어프레임의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의해 제작된 반제품의 정면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의해 제작된 반제품의 측면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의해 제작된 렌즈의 정면도 및 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법은 크게 금형 준비 단계(S10), 캐리어프레임 준비 단계(S20), 캐리어프레임 투입 단계(S30), 사출성형 단계(S40) 및 렌즈 분리 단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
금형 준비 단계(S10)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 캐비티(110, cavity)를 갖는 사출금형(100)을 준비하는 단계이다.
사출금형(100)은 상하로 합형되는 상부금형과 하부금형으로 이루어질 수 있다. 도 2에는 편의상 하부금형만을 도시하였으며, 이 하부금형의 상면에 다수의 캐비티(110)가 형성된다. 각 캐비티(110)는 상부금형과 하부금형의 합형 시 하나의 공간으로 연결된다.
각 캐비티(110)마다 하나의 프레넬 렌즈(300, 도 6 참조)가 성형된다. 각 캐비티(110)에는 프레넬 렌즈(300)에 형성된 동심원 형상의 홈(310)을 성형하기 위한 성형홈(211)이 형성된다. 성형홈(211)은 프레넬 렌즈(300)의 홈(310)과 대응되는 동심원 형상으로 되어 있다.
캐비티(110)는 다수가 종횡으로 배열된다. 이때 각 캐비티(110)는 둘 이상의 행(行)과 둘 이상의 열(列)로 이루어져 직사각형 모양의 캐비티어레이(CA)를 이루게 된다. 도시된 바에 의하면, 하나의 캐비티어레이(CA)를 이루는 캐비티(110)는 5개의 행과 5개의 열로 이루어져 있다. 즉, 하나의 캐비티어레이(CA)는 25개의 캐비티(110)로 이루어져 있다.
그리고 하나의 사출금형(100)에는 둘 이상의 캐비티어레이(CA)가 형성될 수 있다. 도시된 바에 의하면 사출금형(100)의 가로방향을 따라 4개의 캐비티어레이(CA)가 형성되고, 세로방향을 따라 2개의 캐비티어레이(CA)가 형성됨으로써 총 8개의 캐비티어레이(CA)가 형성되어 있다. 결국, 하나의 사출금형(100)에는 총 200개의 캐비티(110)가 형성되어 있다.
또한, 도시된 바와 같이 각 캐비티어레이(CA)는 상호 일정 간격 이격되게 배치된다. 이때 사출금형(100)의 가로방향을 따라 배열되는 각 캐비티어레이(CA)는 인접한 두 캐비티어레이(CA)의 사이에 1열의 캐비티(110)가 배치될 수 있을 만큼의 간격을 두고 상호 이격되게 배치된다.
캐리어프레임 준비 단계(S20)는 도 3에 도시된 바와 같이 표면에 다수의 개구부(211)를 갖는 캐리어프레임(210)을 준비하는 단계이다.
캐리어프레임(210)은 0.3㎜ 내외의 두께를 갖는 박판으로 이루어진다. 캐리어프레임(210)은 강성이 우수한 금속판으로 제작되는 것이 바람직하며, 특히 강성 및 내식성이 우수한 스테인레스판으로 제작되는 것이 바람직하다. 따라서 캐리어프레임(210)은 금속판을 타발가공함으로써 제작할 수 있다.
각 개구부(211)는 캐리어프레임(210)을 관통하는 형태로 형성되며, 사출금형(100)의 각 성형홈(110)과 대응되는 간격을 이루도록 배열된다.
캐리어프레임 투입 단계(S30)는 캐리어프레임(210)을 사출금형(100)에 투입하는 단계이다.
이 단계에서는 상호 분리된 상부금형과 하부금형의 사이에 캐리어프레임(210)을 배치하고 상부금형과 하부금형을 합형함으로써 캐리어프레임(210)을 사출금형(100)의 내부에 투입할 수 있다.
사출성형 단계(S40)는 캐리어프레임(210)이 투입된 사출금형(100)에 수지를 주입하고 경화시킴으로써, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 캐리어프레임(210)과, 상기 캐리어프레임(210)의 일측 표면에 적층된 수지층(220)과, 상기 각 개구부(211)에 배치되도록 상기 수지층(220)과 연결된 다수의 렌즈부(230)를 갖는 반제품(200)을 제작하는 단계이다.
즉, 이 단계에서는 캐리어프레임(210)을 베이스로 하여 수지로 된 수지층(220)과 각 렌즈부(230)를 캐리어프레임(210)에 부착되는 구조가 되도록 형성시키게 된다. 이때 수지층(220)과 각 렌즈부(230)는 투명한 에폭시 수지에 의해 형성될 수 있다.
이 단계에서 각 렌즈부(230)는 상기 캐비티어레이(CA)를 이루는 각 캐비티(110)와 대응되게 배열된 렌즈어레이(LA)를 이루게 된다. 이때 상기 렌즈어레이(LA)는 상기 캐비티어레이(CA)와 대응되게 형성됨으로써 반제품(200)의 길이방향을 따라 둘 이상이 배열될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 반제품(200)의 가로방향을 따라 4개의 렌즈어레이(LA)가 형성되고, 세로방향을 따라 2개의 렌즈어레이(LA)가 형성됨으로써 총 8개의 렌즈어레이(LA)가 형성되어 있다. 결국, 하나의 반제품(200)에는 총 200개의 렌즈부(230)가 형성된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 반제품(200)의 가로방향을 따라 배열되는 각 렌즈어레이(LA)의 사이사이에는 상기 개구부(211)에 렌즈부(230)가 비(非)형성됨에 따라 마련된 이격공간부(S)가 형성된다. 이 이격공간부(S)에 의하면 각 렌즈부(230)가 소규모로 구획화됨으로써 육안검사 등의 처리가 용이하고, 각 렌즈부(230) 및 수지층(220)의 수축에 의한 변형이 상쇄됨으로써 프레넬 렌즈(300)의 정밀도가 향상될 수 있다.
렌즈 분리 단계(S50)는 상기 반제품(200)에서 각 렌즈부(230)를 분리해내는 단계이다.
이 단계에서는 별도의 장치를 이용하거나 수작업으로 각 렌즈부(230)를 반제품(200)에서 분리하게 된다. 이렇게 반제품(200)에서 분리된 각 렌즈부(230)에 다듬질 공정과 세척 공정 등의 후처리 단계를 수행함으로서 도 6에 도시된 바와 같이 프레넬 렌즈(300)의 제작이 완료된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법에 의하면, 사출성형 단계(S40)를 거쳐 제작된 반제품(200)에서 캐리어프레임(210)이 수지층(220)을 지지하게 됨으로써 수지층(220)의 두께를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 각 렌즈부(230)를 연결하는 프레임 부분의 형성에 소모되는 수지를 최소화할 수 있으므로 재료비를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 각 렌즈부(230)를 연결하는 프레임 부분의 두께가 0.4㎜가 되어야 할 경우, 캐리어프레임(210)의 두께를 0.3㎜로 하고, 수지층(220)의 두께를 0.1㎜로 함으로써 값비싼 수지의 사용량을 대폭 줄일 수 있는 것이다.
또한, 캐리어프레임(210)이 수지층(220)을 지지함에 따라 수지층(220) 및 렌즈부(230)의 변형이 최소화되고, 캐리어프레임(210)의 각 개구부(211)에 의해 각 렌즈부(230)가 정확한 위치에 형성될 수 있음으로써, 정밀도가 우수한 프레넬 렌즈(300)를 제작할 수 있다.
또한, 반제품(200)이 쉽게 파손되지 않아 사출성형 단계(S40) 이후에 반제품(200)을 사출금형(100)에서 취출하는 작업과, 반제품(200)에서 렌즈부(230)를 분리해내는 작업을 수향할 때에 반제품(200)의 취급이 용이한 효과가 있다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법"을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 사출금형 110 : 캐비티
111 : 성형홈 200 : 반제품
210 : 캐리어프레임 211 : 개구부
220 : 수지층 230 : 렌즈부
300 : 프레넬 렌즈 310 : 홈

Claims (3)

  1. 종횡으로 배열된 다수의 캐비티(110)를 갖는 사출금형(100)을 준비하는 사출금형 준비 단계(S10);
    박판으로 되어 있으며, 표면에 상기 각 캐비티(110)와 대응되는 간격을 이루도록 배열된 다수의 개구부(211)를 갖는 캐리어프레임(210)을 준비하는 캐리어프레임 준비 단계(S20);
    상기 캐리어프레임(210)을 상기 사출금형(100)에 투입하는 캐리어프레임 투입 단계(S30);
    상기 캐리어프레임(210)이 투입된 사출금형(100)에 수지를 주입하고 경화시킴으로써, 상기 캐리어프레임(210)과, 상기 캐리어프레임(210)의 일측 표면에 적층된 수지층(220)과, 상기 각 개구부(211)에 배치되도록 상기 수지층(220)과 연결된 다수의 렌즈부(230)를 갖는 반제품(200)을 제작하는 사출성형 단계(S40); 및
    상기 반제품(200)에서 상기 각 렌즈부(230)를 분리해내는 렌즈 분리 단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어프레임(210)은 금속판으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사출금형(100)의 각 캐비티(110)는 둘 이상의 행과 둘 이상의 열로 이루어져 직사각형 모양의 캐비티어레이(CA)를 이루게 되고,
    상기 사출성형 단계(S40)에서 형성되는 각 렌즈부(230)는 상기 캐비티어레이(CA)를 이루는 각 캐비티(110)과 대응되게 배열된 렌즈어레이(LA)를 이루게 되되, 상기 렌즈어레이(LA)는 상기 반제품(200)의 길이방향을 따라 둘 이상 배열되고, 상호 인접하게 배치된 두 렌즈어레이(LA)의 사이에는 상기 개구부(211)에 렌즈부(230)가 비(非)형성됨에 따라 마련된 이격공간부(S)가 형성되는 것을 특징으로 하는 모바일기기용 프레넬 렌즈의 제조방법.
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