WO2018157964A1 - Verfahren zum herstellen eines mikroprojektors für ein projektionsdisplay - Google Patents

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Sven Fröhlich
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    • B29D11/00365—Production of microlenses

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an (integrated) microprojector for a projection display, in particular an (integrated) microprojector, as described in DE 10 2009 024 894 A1 (cf., for example, FIG. 1/2 according to DE 10 2009 024 894 A1), US 8 777 424 B2 (incorporated by reference in its intiety) or DE 10 201 076 083 A1 (incorporated by reference in its intiety).
  • the arrangement proposed in DE 10 2009 024 894 A1 consists of a regular arrangement of a plurality of field lenses, identical structures to be imaged and projection lenses.
  • a light source illuminates a field lens array in the immediate vicinity of which an array of imaging structures is located.
  • the respective object to be projected (imaging structure) is located in the focal length of the associated lens of the projection lens array.
  • the corresponding field lens is compared to the distance of the projection lens to the object very close to the object to ensure Köhler illumination of the projection lens.
  • the projection lens array according to DE 10 2009 024 894 A1 (incorporated by reference in its intirety) maps an overlay of all individual images onto a screen.
  • microlenses in a regular arrangement as projection objectives in a multi-channel architecture it is possible according to DE 10 2009 024 894 A1 to reduce the overall length of the overall system compared to conventional single-channel projectors of the same image brightness. While the small overall length of the microprojector results from the focal lengths of the lenses of only a few millimeters, the object area multiplication according to DE 10 2009 024 894 A1 ensures a proportional increase in image brightness.
  • the projection distance D of the microprojector results from the focal length f of the projection lens, the center distance of the projection optics PL and the center distance of the images P B L (compare FIG. 3 according to DE 10 2009 024 894 A1 ):
  • the magnification of the microprojector follows from the ratio of the projection distance D to the focal length f of the projection lens:
  • the projection display generates a two-dimensional projection onto a projection surface, with DE 10 2009 024 894 A1 projecting identical objects. Due to the superposition of the projections of projection lenses with Köhler illumination, the microprojector according to DE 10 2009 024 894 A1 achieves the homogenization of the light source parallel to the projection.
  • the maximum opening angle of the light source should not exceed the acceptance angle of the field lens, under which the exit pupil of the projection lens is fully illuminated, otherwise, according to DE 10 2009 024 894 A1, adjacent images may form adjacent images.
  • adjacent images may form adjacent images.
  • the acceptance angle of peripheral single projectors of the micro projector is according to the DE 10 2009 024 894 A1 is limited by the telecentric radiation characteristic of the source compared to the central projector channel.
  • an additional macroscopic field lens eg in the form of a thin Fresnel lens, can cancel this telecentricity and thus further increase the overall brightness of the projection according to DE 10 2009 024 894 A1 (FIG. 4 according to DE 10 2009 024 894 A1 ).
  • suitable light-guiding elements e.g. Concentrators as part of the field lens array can according to DE 10 2009 024 894 A1 hide the dead zones between the field lenses and thus considerably increase the fill factor (FIG. 5 according to DE 10 2009 024 894 A1).
  • the use of so-called "chirped" lens arrays, ie lens arrays with parameters that are variable continuously over the array (eg different focal lengths of the projection lenses via the array or different focal lengths tangentially and sagittally by formation as elliptical lenses) can correct the defocus and the astigmatism of the peripheral Achieve projection optics.
  • DE 10 2009 024 894 A1 In order to suppress the influence of the distortion of both the single channel and the superposition of all imaging channels, channel-wise predistortion of the imaging structures is possible according to DE 10 2009 024 894 A1.
  • the use of short-focal microlenses is connected according to DE 10 2009 024 894 A1 with a restriction of the transferable information.
  • the displayable image resolution is limited according to DE 10 2009 024 894 A1 by the superposition of aberrations and diffraction effects.
  • DE 10 2009 024 894 A1 an increase in the overall information transmission is possible by segmenting the projection image and assigning defined visual field regions to groups of individual projectors in an entangled arrangement within a microprojector (compare FIG. 6 / FIG 024 894 A1).
  • a full-color projection is made possible according to DE 10 2009 024 894 A1 by interleaving three array projection displays according to DE 10 2009 024 894 A1, each of which represents a basic color component of the image to be projected in the form of identical object structures (see FIG / Fig. 9 according to DE 10 2009 024 894 A1). Furthermore, according to DE 10 2009 024 894 A1, there is the possibility of channel-wise color error correction, which compared to conventional single-channel Projection systems with complex achromatteke Herlinsigen projection lenses represents a drastic simplification of the projection optics.
  • the object structure is generated by a digital imager that displays an array of identical images in variable pitch as the image content, the microprojec- tor enables the display of dynamic image content.
  • the projection distance can be regulated without mechanical components according to DE 10 2009 024 894 A1 (see formula for the projection distance D).
  • the projection distance can thus be tracked electronically within a control loop.
  • the imager can be made according to DE 10 2009 024 894 A1, e.g. a transmissive LCD display (see Fig. 10 according to DE 10 2009 024 894 A1).
  • the microprojector comprises a carrier on which a projection lens array having a plurality of projection lenses is arranged, an object structure array having a plurality of, in particular identical, object structures being arranged on a side of the carrier facing away from the projection lens array, wherein an object structure is assigned at least one projection lens in such a way is that the projections of the object structures are superimposed by the projection lenses to an overall image, wherein it is provided in particular that the distance between a projection lens and the associated object structure corresponds to the focal length of the respective projection lenses, wob ei on the object structure array, a field lens array is arranged such that upon illumination of the field lens array a Köhler illumination of the respective field lenses associated object structures or projection lenses is made
  • Ormocer is intended as the ink, in particular inorganic-organic hybrid polymers, so-called ormocers, are provided as starting material for the ink, which are mixed with a solvent depending on the boundary conditions of the printing process.
  • a droplet is a portion of ink
  • a drop is the volume of ink that builds up on a substrate, such as a substrate or coated substrate, when multiple droplets are printed in one location Suitable printing processes are disclosed, for example, by W. Royall Cox Ting Chen, Donald J. Hayes and Michael E.
  • the microlenses constructed by the droplets are designed individually. That In particular, at least two, but advantageously several, microlenses (e.g., a microprojector) differ from each other. It is provided in particular that corresponding microlenses differ from different microprojectors of a batch.
  • the microlens having the coordinates i, j (i-th column from the left, jth projection lens from the top) of a first micro-projector (a batch) may be formed of a different number of droplets than a microlens having the coordinates i , j of a second micro projector (the batch).
  • the number of droplets for a microlens is individually controlled or selected or calculated or determined.
  • microlens refers to projection lenses or to projection lenses and field lenses.
  • a substrate (the terms “substrate” and “carrier” are used synonymously in this disclosure) is provided.
  • the size or the shape of the microlens or the drop is determined by the number of droplets (and optionally by The wetting properties (of the ink and of the solvent content) are advantageously set forth., It is advantageously intended to heat the support, for example, see the article Y. Sung et al., Journal of Biomedical Optics 20 (2015) (incorporated by reference in its Intiety ).
  • corrected desired optical parameters of the microlens are calculated as a function of the desired optical parameters and as a function of (measured) properties of the coating island, such as the layer thickness.
  • An optical parameter may be, for example, the focal length.
  • 93-101 discloses the number of Droplets which are printed in one place to produce a microlens or a drop are determined Royale Cox, Ting Chen, Donald J. Hayes, Michael E. Grave: "Low Cost Fiber Collimation for MOEMS Switches by Inkjet Printing", MOEMS and Miniaturized Systems II, M. Edward Motamedi, Rolf Göring, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4561 (2001), pp. 93-101 (incorporated by reference in its intiety), US 5,498,444 (incorporated by reference in its intiety) and US 5,707,684 (incorporated by reference in its intirety).
  • a characteristic field takes the place of a characteristic curve.
  • a characteristic or a characteristic field can be implemented as a table, look-up table, as a neural network and / or as a (numerical) function, such as:
  • the method described is advantageously applied to both sides of the substrate.
  • a hybrid method can be provided in which the field lenses are embossed (eg by UV molding) and the projection lenses are printed.
  • the objects to be imaged can be changed or individually controlled.
  • different projection patterns can be achieved (see DE 10 2009 024 894 A1).
  • an arrow may be projected in front of a motor vehicle pointing either to the left or to the right, depending on how the objects being imaged are driven.
  • the projection pattern and thus the activation of the objects can be set as a function of the key or ignition key of a motor vehicle. That the user of one key receives a different projection than the user of another key.
  • a microlens according to the invention is in particular a lens whose diameter is smaller than 1 mm.
  • printing on the spot or on a spot should in particular comprise printing exactly at the location or printing at least in the area in which the microlens is to be produced.
  • a batch of microprojectors in the sense of the invention is in particular a set of microprojectors which are manufactured from a wafer.
  • a batch of microprojectors in the sense of the invention can also be a set of microprojectors, which are manufactured from wafers of a wafer batch.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a microprojector
  • Fig. 4 shows another embodiment of a micro projector
  • FIG. 5 shows an embodiment of a method for producing a microprojector
  • the projection display 100 comprises a microprojector 200 and a light source 300 for illuminating the microprojector 200.
  • the microprojector 200 comprises a substrate 3 or a carrier on which a coating layer 2 can be arranged. On the coating layer 2 or on the substrate 3 directly a projection lens layer 1 is arranged. On the side of the substrate 3 facing away from the projection position 1, an object layer 4 with object structures to be imaged is arranged. On the object layer 4 is optionally a coating layer 5 and on this again a Feldinsellage 6.
  • the field lens layer 6 can also be arranged directly on the object layer 4.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a micro projector.
  • 3 coating islands 21, 22, 23, 24 are arranged on a substrate.
  • microlenses 11, 12, 13, 14 are arranged, in particular, of hybrid polymer.
  • the projection lenses 11, 12, 13, 14 are part of a projection lens array.
  • object structures 41, 42, 43, 44 are arranged, which are imaged by means of the projection lens array or by means of the projection lenses 11, 12, 13, 14.
  • the projection lens 11 images the object structure 41
  • the projection lens 12 images the object structure 42
  • the projection lens 13 images the object structure 43
  • the projection lens 14 images the object structure 44.
  • the projection lens 11 and the object structure 41 form an optical channel
  • the projection lens 12 and the object structure 42 an optical channel
  • the projection lens 13 and the object structure 43 an optical channel
  • the projection lens 14 and the object structure 44 an optical channel.
  • a coating 51, 52, 53, 54 is optionally provided in each case.
  • a field lens array with field lenses 61, 62, 63, 64 arranged.
  • the field lenses 61, 62, 63, 64 are in particular made of hybrid polymer material.
  • Fig. 3 shows another embodiment of a micro projector.
  • a field lens array layer 6 ' is arranged on the object structures 41, 42, 43, 44 and has field lenses 61', 62 ', 63', 64 'or in the field lenses 61', 62 '. , 63 ', 64' are embossed.
  • Fig. 4 shows a further alternative embodiment of a microprojector. 3, that the projection lenses 11 ', 12', 13 'and 14' are printed directly on the substrate 3, wherein, however, it is provided that the surface of the substrate 3 below the projection lenses 11th ', 12', 13 'and 14' are modified or heated in the sense of a suitable wetting ability (compare Y. Sung et al., Journal of Biomedical Optics 20 (2015) (incorporated by reference in its intiety)).
  • the projection lenses 11, 12, 13 and 14, as shown by way of example in FIG. 5, are printed on the carrier 3 or on the coating 21, 22, 23, 24.
  • a plurality of droplets 120 are printed by means of a print head 74 to a point, so that the droplets 120 unite in the liquid state and form a droplet mass 12 ', which increases by further addition of droplets to a droplet, after curing, the corresponding projection lens , in this case the projection lens 12, forms.
  • the print head 74 receives from a printer driver 73 information about the number ANZ of the droplets 120 to be printed as well as a position indication DPOS for indicating the position at which the droplets 120 are to be placed.
  • the number of droplets 120 depends on the actual value of the thickness of the substrate 3 or the deviation ⁇ S of the actual value of the thickness of the substrate 3 (measured directly or on the basis of another wafer of the same batch) from its desired value S * and / or the actual value of the diameter d of the coating islands 21, 22, 23, 24 or from the deviation Ad of the diameter of the coating islands 21, 22, 23, 24 from their desired value d * ,
  • the thickness of the substrate 3 also includes the thickness of the respective coating 21, 22, 23, 24.
  • the corresponding actual values or deviations Ad, AS measured are fed by means of a sensor arrangement 71, and a correction module 72 which outputs a corrected setpoint volume V * K O R R to the printer driver 73.
  • the correction module 72 has a corresponding characteristic or, for example, calculates the corrected nominal volume V * KORR as follows:
  • Af * is the target value for a defocusing of the object structure which is assigned to the projection lenses.
  • a plurality of microprojectors are produced on a wafer, which is separated after completion of the microprojectors in such a way that the finished microprojectors are produced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Mikroprojektors für ein Projektionsdisplay, wobei der Mikroprojektor einen Träger umfasst, auf dem ein Projektionslinsenarray mit einer Mehrzahl von Projektionslinsen angeordnet ist, wobei auf einer dem Projektionslinsenarray abgewandten Seite des Trägers ein Objektstrukturenarray mit einer Mehrzahl von, insbesondere identischen, Objektstrukturen angeordnet ist, wobei einer Objektstruktur zumindest eine Projektionslinse derart zugeordnet ist, dass sich die Projektionen der Objektstrukturen durch die Projektionslinsen zu einem Gesamtbild überlagern, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Abstand zwischen einer Projektionslinse und der zugeordnet Objektstrukturen der Brennweite der jeweiligen Projektionslinse entspricht, wobei auf dem Objektstrukturenarray ein Feldlinsenarray derart angeordnet ist, dass Bei Beleuchtung des Feldlinsenarrays eine Köhlersche Beleuchtung der den jeweiligen Feldlinsen zugeordneten Objektstrukturen bzw. Projektionslinse ermöglicht wird.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Mikroprojektors
für ein Projektionsdisplay
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines (integrierten) Mikroprojektors für ein Projektionsdisplay, insbesondere eines (integrierten) Mikroprojektors, wie es aus der DE 10 2009 024 894 A1 (vgl. z.B. Fig. 1/Fig. 2 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1), der US 8 777 424 B2 (incorporated by reference in its intirety) bzw. der DE 10 201 076 083 A1 (incorporated by reference in its intirety) bekannt ist. Die in der DE 10 2009 024 894 A1 vorgeschlagene Anordnung besteht aus einer regelmäßigen Anordnung mehrerer Feldlinsen, abzubildender identischer Strukturen und Projektionslinsen. Eine Lichtquelle beleuchtet ein Feldlinsenarray, in dessen unmittelbarer Nähe sich ein Array bildgebender Strukturen befindet.
Das jeweilige zu projizierende Objekt (bildgebende Struktur) befindet sich in der Brennweite der zugeordneten Linse des Projektionslinsenarrays. Die korrespondierende Feldlinse befindet sich im Vergleich zum Abstand der Projektionslinse zum Objekt sehr nahe am Objekt, um eine Köhlersche Beleuchtung der Projektionslinse zu gewährleisten. Das Projektionslinsenarray gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 (incorporated by reference in its intirety) bildet eine Überlagerung aller Einzelbilder auf einen Schirm ab. Durch das Verwenden von Mikrolinsen in einer regelmäßigen Anordnung als Projektionsobjektive in einer Vielkanalarchitektur ist es gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 möglich, die Baulänge des Gesamtsystems gegenüber herkömmlichen Einkanalprojektoren gleicher Bildhelligkeit zu reduzieren. Während die geringe Baulänge des Mikroprojektors aus den Brennweiten der Linsen von nur wenigen Millimetern resultiert, sorgt die Objektflächenvervielfachung gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 für eine proportionale Steigerung der Bildhelligkeit.
Durch einen leicht verringerten Mittenabstand (Pitch) der Projektionslinsen gegenüber den bildgebenden Strukturen entsteht ein vom Arrayzentrum nach außen wachsender Versatz des jeweiligen Objekts und der entsprechenden Projektionsoptik. Die so entstehende leichte Verkippung der optischen Achsen äußerer Projektoren gegenüber der des Zentralkanals sorgt für eine Super- position der reellen Einzelabbildungen in einer endlichen Entfernung D auf die für die Projektion vorgesehene Projektionsfläche.
Gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 ergibt sich die Projektionsentfernung D des Mikroprojektors aus der Brennweite f der Projektionslinse, dem Mittenabstand der Projektionsoptiken PPL und dem Mittenabstand der Bilder PBL (vgl. Fig. 3 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 ):
Figure imgf000004_0001
Die Vergrößerung des Mikroprojektors folgt aus dem Verhältnis der Projektionsentfernung D zur Brennweite f der Projektionslinse:
Figure imgf000004_0002
Das Projektionsdisplay generiert gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 eine zweidimensionale Projektion auf eine Projektionsfläche wobei DE 10 2009 024 894 A1 identische Objekte projiziert werden. Durch die Superposition der Projektionen von Projektionslinsen mit Köhlerscher Beleuchtung erzielt der Mikroprojektor gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 parallel zur Projektion die Homogenisierung der Lichtquelle.
Der maximale Öffnungswinkel der Lichtquelle soll den Akzeptanzwinkel der Feldlinse, unter dem die Austrittspupille der Projektionslinse voll ausgeleuchtet wird, nicht überschreiten, da sonst gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 dem eigentlichen Bild benachbarte Störbilder entstehen können. Als Beleuchtung können gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 z.B. sehr flache Einheiten, ähnlich den Hinterleuchtungen von transmittiven Displays (US 2008/0310160 A1) mit angepassten Auskoppelstrukturen verwendet werden. Der Akzeptanzwinkel peripherer Einzelprojektoren des Mikroprojektors wird gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 durch die telezentrische Abstrahlcharakteristik der Quelle im Vergleich zum zentralen Projektorkanal eingeschränkt. Eine zusätzliche makroskopische Feldlinse z.B. in Form einer dünnen Fresnellinse kann gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 diese Telezentrie aufheben und somit gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 die Gesamthelligkeit der Projektion weiter steigern (Fig. 4 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1).
Das Aufbringen geeigneter lichtführender Elemente z.B. Konzentratoren als Teil des Feldlinsenarrays kann gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 die Totzonen zwischen den Feldlinsen ausblenden und somit den Füllfaktor erheblich steigern (Fig. 5 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1). Das Verwenden von sogenannten „gechirpten" Linsenarrays, also Linsenarrays mit kontinuierlich über das Array variablen Parametern (z.B. unterschiedliche Brennweiten der Projektionslinsen über das Array bzw. unterschiedliche Brennweiten tangential und sagittal durch Ausbildung als elliptische Linsen) kann eine Korrektur des Defokus und des Astigmatismus der peripheren Projektionsoptiken erzielen.
Um den Einfluss der Verzeichnung sowohl des Einzelkanals als auch der Superposition aller abbildenden Kanäle zu unterdrücken ist gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 eine kanalweise Vorverzerrung der bildgebenden Strukturen möglich. Die Verwendung von kurzbrennweitigen Mikrolinsen ist gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 mit einer Einschränkung der übertragbaren Informationen verbunden. Die darstellbare Bildauflösung wird gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 durch die Überlagerung von Aberrationen und Beugungseffekten begrenzt. Eine Steigerung der Gesamtinformationsübertragung ist gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 durch Segmentierung des Projektionsbildes und Zuweisen definierter Gesichtsfeldbereiche an Gruppen von Einzelprojektoren in einer verschränkten Anordnung innerhalb eines Mikropro- jektors möglich (vgl. Fig. 6/Fig. 7 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1).
Eine Vollfarbprojektion wird gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 durch Verschachteln von drei Array-Projektionsdisplays gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 , von denen jedes eine Grundfarbanteil des zu projizierenden Bildes in Form von identischen Objektstrukturen darstellt, ermöglicht (vgl. Fig. 8/Fig. 9 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1). Weiter besteht gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 die Möglichkeit der kanalweisen Farbfehlerkorrektur, welche im Vergleich zu herkömmlichen einkanaligen Projektionssystemen mit komplexen achromatisierten mehrlinsigen Projektionsobjektiven eine drastische Vereinfachung der Projektionsoptik darstellt. Wird die Objektstruktur durch einen digitalen Bildgeber generiert, der als Bildinhalt ein Array identischer Bilder in variablem Pitch zeigt, ermöglicht der Mikroprojektor die Darstellung dynamischer Bildinhalte.
Durch elektronischen Versatz der Einzelbilder auf dem Bildgeber kann gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 die Projektionsdistanz ohne mechanische Komponenten geregelt werden (s.o. Formel für den Projektionsabstand D). In Kombination mit einer Abstandmessung zur Projektionsfläche kann gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 somit innerhalb eines Regelkreises die Projektionsdistanz elektronisch nachgeführt werden. Der Bildgeber kann gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 z.B. ein transmittives LCD-Display (vgl. Fig. 10 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 ) sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Produktionsdisplay bzw. einen verbesserten Mikroprojektor anzugeben. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines Mikroprojektors bzw. eines verbesserten Mikroprojektors anzugeben.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, Einzellinsen eines Mikroprojektors, insbesondere eines Mikroprojektors mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale, (mittels eines 3D Druck-Verfahrens bzw. mittels eines Druckverfahrens, z.B. 3D-lnkjet-Druck) zu drucken, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Mikroprojektor einen Träger umfasst, auf dem ein Projektionslinsenarray mit einer Mehrzahl von Projektionslinsen angeordnet ist, wobei auf einer dem Projektionslinsenarray abgewandten Seite des Trägers ein Objektstrukturenarray mit einer Mehrzahl von, insbesondere identischen, Objektstrukturen angeordnet ist, wobei einer Objektstruktur zumindest eine Projektionslinse derart zugeordnet ist, dass sich die Projektionen der Objektstrukturen durch die Projektionslinsen zu einem Gesamtbild überlagern, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Abstand zwischen einer Projektionslinse und der zugeordneten Objektstruktur der Brennweite der jeweiligen Projektionslinsen entspricht, wobei auf dem Objektstrukturenarray ein Feldlinsenarray derart angeordnet ist, dass bei Beleuchtung des Feldlinsenarrays eine Köhlersche Beleuchtung der den jeweiligen Feldlinsen zugeordneten Objektstrukturen bzw. Projektionslinsen ermöglicht wird. Dabei wird insbesondere mit einer Hybrid-Polymer-„Tinte" gedruckt. Als Tinte ist insbesondere Ormocer vorgesehen. Als Ausgangsmaterial der Tinte sind insbesondere anorganisch-organische Hybridpolymere, sog. Ormocere, vorgesehen. Diese werden je nach Randbedingungen des Druckverfahrens mit einem Lösemittel gemischt, um die Viskosität der Tinte einzustellen. Es werden insbesondere mehrere Tröpfchen auf eine Stelle zum Aufbau eines Tropfens (=Mikrolinse nach Aushärtung), der aus mehreren Tröpfchen besteht bzw. mehrere Tröpfchen aufweist, gedruckt. In der Terminologie dieser Offenbarung ist ein Tröpfchen eine Portion Tinte, die einen Druckkopf verlässt. Ein Tropfen ist das Volumen von Tinte, das sich auf einem Träger, wie einem Substrat oder einem beschichteten Substrat, aufbaut, wenn mehrere Tröpfchen auf eine Stelle gedruckt werden. Geeignete Druckverfahren offenbart zum Beispiel der Artikel W. Royall Cox, Ting Chen, Donald J. Hayes, Michael E. Grave: „Low-cost fiber collimation for MOEMS switches by ink-jet printing", MOEMS and Miniaturized Systems II, M. Edward Motamedi, Rolf Göring, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4561 (2001), S. 93 - 101. Dabei ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass sich die Tropfen bzw. die aus den Tropfen gebildeten Mikrolinsen (anders als in der DE 10 2009 024 894 A1) nicht berühren.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die durch die Tröpfchen aufgebauten Mikrolinsen individuell gestaltet werden. D.h. insbesondere, dass sich zumindest zwei, jedoch vorteilhafterweise mehrere Mikrolinsen (z.B. eines Mikroprojektors) voneinander unterscheiden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass sich korrespondierende Mikrolinsen von unterschiedlichen Mikroprojektoren einer Charge unterscheiden. So kann zum Beispiel die Mikrolinse mit den Koordinaten i,j (i-te Spalte von links, darin j-te Projektionslinse von oben) eines ersten Mikroprojektors (einer Charge) aus einer anderen Anzahl von Tröpfchen gebildet sein als eine Mikrolinse mit den Koordinaten i,j eines zweiten Mikroprojektors (der Charge). Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Anzahl der Tröpfchen für eine Mikrolinse individuell angesteuert bzw. ausgewählt bzw. errechnet bzw. bestimmt wird. Der Ausdruck Mikrolinse bezieht sich auf Projektionslinsen oder auf Projektionslinsen und Feldlinsen.
In einer Ausgestaltung wird ein Substrat (die Begriffe„Substrat" und„Träger" werden in dieser Offenbarung synonym verwendet) bereitgestellt. Auf das Substrat wird direkt oder indirekt die optische Nutzschicht, also das abzubildende Objekt (=abzubildende Struktur) aufgebracht. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Seite des Substrats mit den abzubilden Objekten (=abzubildende Struktur) und/oder deren abgewandten Seite des Substrats beschichtet wird. Derartige Beschichtungen werden zum Beispiel in der DE 10 2013 021 795 A1 und der WO99/19900 vorgeschlagen. Wie zum Beispiel in der WO99/19900 (incorporated by reference in its intirety), der US 2006/0158482 A1 (incorporated by reference in its intirety) oder der WO 2004/070438 A1 (incorporated by reference in its intirety) kann vorgesehen sein, anstelle einer durchgängigen Beschichtung Beschichtungsinseln vorzusehen. Es kann vorgesehen sein, dass sich zumindest zwei Beschichtungsinseln in ihrem Material und/oder in ihrer Geometrie (insbesondere ihrem Durchmesser) unterscheiden. Ein geeignetes Material wird insbesondere so gewählt, dass es die Benetzungseigenschaften des gewählten Materials für die Beschichtungsinsel den Aufbau einer gewünschten Mikrolinse bzw. eines gewünschten Tropfens durch geeignete Vernetzungseigenschaften ermöglicht. Einzelheiten zum Einstellen der Form eines Tropfens bzw. einer entsprechenden Mikrolinse kann„Handbook of Optical Systems - Volume 1 : Fundamentals of Technical Optics", Herbert Gross, WILEY- VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005, ISBN-13 978-3-40377-6 (incorporated by reference in its intirety) entnommen werden (siehe auch WO99/19900 und WO 2004/070438 A1). Die Größe bzw. die Form der Mikrolinse bzw. des Tropfens wird durch die Anzahl der Tröpfchen (sowie ggf. durch die Benetzungseigenschaften (der Tinte und des Lösemittelgehalts)) eingestellt. Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, den Träger zu erwärmen. Details können zum Beispiel dem Artikel Y. Sung et al., Journal of Biomedical Optics 20 (2015) (incorporated by reference in its intirety) entnommen werden.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass in Abhängigkeit der optischen Soll- Parameter und in Abhängigkeit (gemessener) Eigenschaften der Beschichtungsinsel, wie etwa der Schichtdicke, korrigierte optische Soll-Parameter der Mikrolinse errechnet werden. Ein optischer Parameter kann zum Beispiel die Brennweite sein. Aus den korrigierten optischen Soll-Parametern wird, zum Beispiel über eine geeignete Kennlinie, wie sie zum Beispiel in der W. Royall Cox, Ting Chen, Donald J. Hayes, Michael E. Grove:„Low-cost fiber collimation for MOEMS switches by ink-jet printing", MOEMS and Miniaturized Systems II, M. Edward Motamedi, Rolf Göring, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4561 (2001), S. 93 - 101 (siehe dort Fig. 11) offenbart ist, die Anzahl der Tröpfchen, die auf eine Stelle gedruckt werden, um eine Mikrolinse bzw. einen Tropfen zu erzeugen, bestimmt. Geeignete Verfahren zum Einstellen der Tropfenform bzw. der entsprechenden Mikrolinse (= Tropfen) offenbaren die W. Royall Cox, Ting Chen, Donald J. Hayes, Michael E. Grave:„Low-cost fiber collimation for MOEMS Switches by ink- jet printing", MOEMS and Miniaturized Systems II, M. Edward Motamedi, Rolf Göring, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4561 (2001), S. 93 - 101 (incorporated by reference in its intirety), US 5 498 444 (incorporated by reference in its intirety) und US 5 707 684 (incorporated by reference in its intirety).
Es kann auch vorgesehen sein, die Anzahl der Tröpfchen direkt und nicht erst indirekt in Abhängigkeit der (optischen) Soll-Parameter und in Abhängigkeit (gemessener) Eigenschaften der Beschichtungsinsel, wie etwa der Schichtdicke, zu bestimmen. In diesem Fall tritt an die Stelle einer Kennlinie ein Kennlinienfeld.
Eine Kennlinie bzw. eine Kennlinienfeld kann als Tabelle, Look-up-Table, als neuronales Netz und oder als(numerische) Funktion implementiert sein, wie z.B.:
^ (AS, Ad) = ^ (3R-h) mit h = R.Jfl2 _ ( i__2Z und β _ (S+ A5)(ns-n)
Dabei bedeutet
S* Sollwert der Dicke des Trägers
AS* Abweichung des Istwertes der Dicke des Trägers vom Sollwert der
Dicke des Trägers
ns Brechungsindex des Materials der Mikrolinse
n Brechungsindex von Luft
d* Sollwert des Durchmessers der Beschichtungsinsel, auf die die Mikrolinse gedruckt wird, oder Sollwert des Durchmessers der Grundfläche der Mikrolinse Ad Abweichung des Istwertes des Durchmessers der Beschichtungs- insel, auf die die Mikrolinse gedruckt wird, vom Sollwert des Durchmessers der Beschichtungsinsel, auf die die Mikrolinse gedruckt wird
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Tropfen (=Mikrolinse) direkt oder später nach Aufbringen der gewünschten Anzahl von Tröpfchen belichtet wird, zum Beispiel durch UV-Strahlung. Auf diese Weise wird eine Aushärtung erreicht. Das beschriebene Verfahren wird vorteilhafterweise auf beiden Seiten des Substrats angewandt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nur die Projektionslinsen, nicht jedoch die Feldlinsen gedruckt werden. Es kann ein hybrides Verfahren vorgesehen sein, bei dem die Feldlinsen (z. B. durch UV- Molding) geprägt werden und die Projektionslinsen gedruckt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die abzubilden Objekte veränderbar bzw. individuell ansteuerbarer. Auf diese Weise können unterschiedliche Projektionsmuster erzielt werden (siehe DE 10 2009 024 894 A1). So kann zum Beispiel vor einem Kraftfahrzeug ein Pfeil projiziert werden, der entweder nach links oder nach rechts zeigt, je nachdem wie die Objekte, die abgebildet werden angesteuert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich das Projektionsmuster und damit die Ansteuerung der Objekte in Abhängigkeit des Schlüssels bzw. Zündschlüssels eines Kraftfahrzeuges einstellen lässt. D.h. der Benutzer des einen Schlüssels erhält eine andere Projektion als der Benutzer eines anderen Schlüssels.
Eine Mikrolinse im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Linse deren Durchmesser kleiner ist als 1 mm. Drucken auf der Stelle bzw. auf einer Stelle soll im Sinne der Erfindung insbesondere umfassen, dass exakt an die Stelle gedruckt wird oder, dass zumindest im Bereich gedruckt wird, indem die Mikrolinse entstehen soll. Eine Charge von Mikroprojektoren im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Menge von Mikroprojektoren die aus einem Wafer gefertigt werden. Eine Charge von Mikroprojektoren kann im Sinne der Erfindung auch eine Menge von Mikroprojektoren sein, die aus Wafern einer Wafercharge gefertigt werden.
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen: Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines Projektionsdisplays,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Mikroprojektors,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikroprojektors,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikroprojektors, und
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Mikroprojektors
Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Projektionsdisplays 100. Das Projektionsdisplay 100 umfasst einen Mikroprojektor 200 sowie eine Lichtquelle 300 zur Beleuchtung des Mikroprojektors 200. Der Mikroprojektor 200 umfasst ein Substrat 3 bzw. einen Träger auf dem eine Beschichtungslage 2 angeordnet sein kann. Auf der Beschichtungslage 2 oder auf dem Substrat 3 direkt ist eine Projektionslinsenlage 1 angeordnet. Auf der der Projektionslage 1 abgewandten Seite des Substrats 3 ist eine Objektlage 4 mit abzubildenden Objektstrukturen angeordnet. Auf der Objektlage 4 ist optional eine Beschichtungslage 5 und auf dieser wiederum eine Feldinsellage 6. Die Feldlinsenlage 6 kann auch direkt auf der Objektlage 4 angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mikroprojektors. Dabei sind auf einem Substrat 3 Beschichtungsinseln 21 , 22, 23, 24 angeordnet. Auf den Beschich- tungsinseln 21 , 22, 23, 24 wiederum sind Mikrolinsen 11 , 12, 13, 14 insbesondere aus Hybrid-Polymer angeordnet. Die Projektionslinsen 11 , 12, 13, 14 sind Teil eines Projektionslinsenarrays. Auf der dem Projektionslinsenarray abgewandten Seite des Substrats sind Objektstrukturen 41 , 42, 43, 44 angeordnet, die mittels des Projektionslinsenarrays bzw. mittels der Projektionslinsen 11 , 12, 13, 14 abgebildet werden. So bildet die Projektionslinse 11 die Objektstruktur 41 ab, die Projektionslinse 12 bildet die Objektstruktur 42 ab, die Projektionslinse 13 bildet die Objektstruktur 43 ab und die Projektionslinse 14 bildet die Objektstruktur 44 ab. In diesem Sinne bilden die Projektionslinse 11 und die Objektstruktur 41 einen optischen Kanal, die Projektionslinse 12 und die Objektstruktur 42 einen optischen Kanal, die Projektionslinse 13 und die Objektstruktur 43 einen optischen Kanal und die Projektionslinse 14 und die Objektstruktur 44 einen optischen Kanal.
Auf den Objektstrukturen 41 , 42, 43, 44 ist optional jeweils eine Beschichtung 51 , 52, 53, 54 vorgesehen. Auf den optionalen Beschichtungsinseln 51 , 52, 53, 54 ist ein Feldlinsenarray mit Feldlinsen 61 , 62, 63, 64 angeordnet. Die Feldlinsen 61 , 62, 63, 64 sind insbesondere aus Hybrid-Polymermaterial gefertigt. Mittels des Feldlinsenarrays wird eine Köhlersche Beleuchtungsoptik implementiert.
Fig. 3zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikroprojektors. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist dabei auf den Objektstrukturen 41 , 42, 43, 44 eine Feldlinsenarrayschicht 6' angeordnet, die Feldlinsen 61', 62', 63', 64' aufweist bzw. in die Feldlinsen 61', 62', 63', 64' eingeprägt sind.
Fig. 4zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Mikroprojektors. Dabei ist in Abweichung von dem Mikroprojektor in Fig. 3 vorgesehen, dass die Projektionslinsen 11 ', 12', 13' und 14' direkt auf das Substrat 3 gedruckt werden, wobei jedoch vorgesehen ist, dass die Oberfläche des Substrats 3 unterhalb der Projektionslinsen 11', 12', 13' und 14' im Sinne einer geeigneten Benetzungs- fähigkeit verändert bzw. erwärmt (vgl. Y. Sung et al., Journal of Biomedical Optics 20 (2015) (incorporated by reference in its intirety)) ist.
Zur Herstellung des Mikrolinsenprojektors ist vorgesehen, dass die Projektionslinsen 11 , 12, 13 und 14, wie in Fig. 5 beispielhaft dargestellt, auf den Träger 3 bzw. auf die Beschichtung 21 , 22, 23, 24 gedruckt werden. Dazu wird mittels eines Druckkopfes 74 eine Mehrzahl von Tröpfchen 120 auf eine Stelle gedruckt, so dass sich die Tröpfchen 120 in flüssigem Zustand vereinen und eine Tropfenmasse 12' bilden, die durch weitere Zugabe von Tröpfchen zu einem Tropfen anwächst, der nach Aushärtung die entsprechende Projektionslinse, in diesem Fall die Projektionslinse 12, bildet. Dazu erhält der Druckkopf 74 von einem Druckertreiber 73 Informationen über die Anzahl ANZ der zu druckenden Tröpfchen 120 sowie eine Positionsangabe DPOS zur Angabe der Position, an der die Tröpfchen 120 platziert werden sollen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Anzahl der Tröpfchen 120 abhängig von dem Ist-Wert der Dicke des Substrats 3 bzw. der Abweichung AS des ((direkt oder an Hand eines anderen Wafers derselben Charge) gemessenen) Ist-Wertes der Dicke des Substrats 3 von seinem Soll-Wert S*und/oder dem Ist-Wert des Durchmessers d der Beschichtungsinseln 21 , 22, 23, 24 bzw. von dem Abweichung Ad des Durchmessers der Beschichtungsinseln 21 , 22, 23, 24 von deren Soll-Wert d*. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Dicke des Substrats 3 auch die Dicke der jeweiligen Beschichtung 21 , 22, 23, 24 mit umfasst. Es ist insbesondere vorgesehen, dass mittels einer Sensoranordnung 71 die entsprechenden Ist-Werte bzw. Abweichungen Ad, AS gemessen, und einem Korrekturmodul 72 zugeführt werden, das ein korrigiertes Sollvolumen V*KORR an den Druckertreiber 73 ausgibt. Dazu weist das Korrekturmodul 72 eine entsprechende Kennlinie auf oder errechnet z.B. das korrigierte Sollvolumen V*KORR wie folgt:
S0ÄÄ(AS, Ad) = ^ (3R-h) mit
Figure imgf000013_0001
und
Figure imgf000013_0002
Dabei ist Af* der Sollwert für eine Defokussierung der Objektstruktur, die der Projektionslinsen zugeordnet ist.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere Mikroprojektoren auf einem Wafer gefertigt werden, der nach Fertigstellung der Mikroprojektoren derart getrennt wird, dass die fertigen Mikroprojektoren entstehen.

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Herstellen eines Mikroprojektors, wobei der Mikroprojektor einen Träger umfasst, auf dem ein Projektionslinsenarray mit einer Mehrzahl von Projektionslinsen angeordnet ist, wobei auf einer dem Projektionslinsenarray abgewandten Seite des Trägers ein Objektstrukturenarray mit einer Mehrzahl von, insbesondere identischen, Objektstrukturen angeordnet ist, wobei einer Objektstruktur zumindest eine Projektionslinse derart zugeordnet ist, dass sich die Projektionen der Objektstrukturen durch die Projektionslinsen zu einem Gesamtbild überlagern, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Abstand zwischen einer Projektionslinse und der zugeordnet Objektstrukturen der Brennweite der jeweiligen Projektionslinse entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Täger bereitgestellt wird und dass auf einer Seite des Substrats der Objektstrukturenarray eingebracht oder aufgebracht wird, wobei die Projektionslinsen mittels einer transparenten Tinte aus einer Vielzahl von Tröpfchen, die sich im flüssigen Zustand zu einem Tropfen vereinen, der nach Aushärtung eine Projektionslinse bildet, gedruckt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Tinte ein Hybrid-Polymer umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Objektstrukturenarray abgewandten Seite des Trägers eine Beschichtung mit einer Mehrzahl von Beschichtungsinseln aufgebracht wird, wobei sich je auf einer Beschichtungsinsel Tröpfchen im flüssigen Zustand zu einem Tropfen vereinen, der nach Aushärtung eine Projektionslinse bildet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gek nnzeichnet, dass die Anzahl der Tröpfchen für zwei benachbarte Projektionslinsen verschieden ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Tröpfchen zum Drucken einer Projektions- linse in Abhängigkeit der Dicke des Trägers und/oder dessen Abweichung von einem Sollwert der Dicke des Trägers bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Tröpfchen zum Drucken einer Projektionslinse in Abhängigkeit des Durchmessers der Beschichtungsinsel, auf die die Projektionslinse gedruckt wird, und/oder dessen Abweichung von einem Sollwert des Durchmessers der Beschichtungsinsel, auf die die Projektionslinse gedruckt wird, bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Objektstrukturenarray ein Feldlinsenarray derart angeordnet wird, dass bei Beleuchtung des Feldlinsenarrays eine Köhlersche Beleuchtung der den jeweiligen Feldlinsen zugeordneten Objektstrukturen bzw. Projektionslinse ermöglicht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Feldlinsen mittels der oder einer transparenten Tinte gedruckt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Feldlinsen mittels der oder einer transparenten Tinte aus einer Vielzahl von Tröpfchen, die sich im flüssigen Zustand zu einem Tropfen vereinen, der nach Aushärtung eine Feldlinse bildet, gedruckt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Trägers gemessen wird.
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