WO2019072324A1 - Verfahren zum herstellen eines mikroprojektors für ein projektionsdisplay - Google Patents

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WO2019072324A1
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lens
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projection lens
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Sven Fröhlich
Oliver Pabst
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Docter Optics Se
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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 entirety) and DE 10 2011 076 083 A1 (incorporated by reference in its entirety).
  • the arrangement proposed in DE 10 2009 024 894 A1 consists of a regular arrangement of a plurality of field lenses, structures to be imaged and "projection lenses" designated as "identical.”
  • a light source illuminates a field lens array in the immediate vicinity of which there is an array of imaging structures.
  • 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 entirety) maps a superposition 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 P PL and the center distance of the images PBL (compare Fig. 3 according to DE 10 2009 024 894 A1):
  • the magnification M 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, wherein objects designated as "identical” are projected according to DE 10 2009 024 894.
  • the microprojector achieves DE 10 2009 024 894 A1 parallel to the projection, the homogenization of the light source.
  • 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.
  • illumination according to DE 10 2009 024 894 A1 for example, very flat units, similar to the backlighting of transmissive displays (US 2008/0310160 A1) with adapted coupling-out structures, can be used.
  • 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 for example in the form of a thin Fresnel lens, can cancel this telecentricity according to DE 10 2009 024 894 A1 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).
  • 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 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 aberration correction, which in comparison with conventional single-channel projection systems Complex achromatized multi-lens 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 with a plurality of projection lenses is arranged, wherein an object structure array having a plurality of object structures, in particular due to predistortion of identical deviating, is arranged on a side of the carrier facing away from the projection lens array
  • Object structure is associated with at least one projection lens such that the projections of the object structures are superimposed by the projection lenses to an overall image, in particular provided that the distance between a projection lens and the associated object structure of the focal length corresponds to the respective projection lenses, wherein it can be provided that a field lens array is arranged on the object structure array such that upon illumination of the field lens array a Köhler illumination of the the respective field lenses associated object structures or
  • the ink contains in particular Ormocer.As starting material of the ink in particular inorganic-organic hybrid polymers, so-called Ormocere, or precursors of such hybrid polymers, which polymerise by UV exposure, are provided.This is provided in particular with a hybrid polymer "ink" Depending on the boundary conditions of the printing process, they are mixed with a solvent or other diluents to adjust the viscosity of the ink, in particular several, in particular 400 to 1000, droplets, in particular 6 to 84 .mu.l (picoliter) to one place
  • a droplet is a portion of ink that leaves a printhead.
  • each individual lens is printed from a plurality of nozzles of a printhead, for example droplets from 3 to 20 nozzles can be used for a drop forming a later lens
  • the accuracy of the later lens contour can be increased, since variations of the droplet size are partly compensated by the nozzle, Further compensation can be effected, for example, by virtue of the fact that the print head, which has a plurality of nozzles, during d it is moved across the substrate for printing.
  • the microlenses constructed by the droplets are designed individually. This means in particular that at least two, but advantageously several microlenses (eg of a microprojector) differ from one another. It is provided in particular that corresponding Differentiate microlenses 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.
  • a substrate may also be a wafer on which the microlenses of several microlens arrays are printed.
  • Such coatings are proposed, for example, in DE 10 2013 021 795 A1 and WO99 / 19900.
  • the size or the shape of the microlens or the drop is determined by the number of droplets (and possibly through the Wetting properties (of the ink and solvent content)). It may be provided to heat the carrier. Details may be found, for example, in the article Y. Sung et al., Journal of Biomedical Optics 20 (2015) (incorporated by reference in its entirety). Coating as used herein is intended to encompass not only a coating in the strict sense, but also a surface treatment with a corresponding analogous effect.
  • corrected optical nominal 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.
  • a characteristic field takes the place of a characteristic curve.
  • the method described is advantageously applied to both sides of the substrate.
  • 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 can set the control of the objects in dependence of the key or ignition key of a motor vehicle. That is, 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 or on the coating island, in or on which the microlens is to be produced.
  • a batch of microprojectors according to 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 an exemplary embodiment of a method for producing microprojectors, including a method for printing a wafer
  • Fig. 4 shows an embodiment of a device for carrying out the
  • Fig. 5 shows an embodiment of a printing station for microprojectors
  • 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 support (eg part of a wafer) on which a coating layer 2 can be arranged.
  • a projection lens layer 1 is arranged on the coating layer 2 or on the substrate 3 directly .
  • an object layer 4 with object structures to be imaged is arranged on the side of the substrate 3 facing away from the projection position 1.
  • On the object layer 4 is optionally a coating layer 5 and on this in turn a field lens layer. 6 arranged.
  • 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, in particular of hybrid polymer are arranged on the coating islands 21, 22, 23, 24.
  • 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 1 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 island 51, 52, 53, 54 is optionally provided in each case.
  • a field lens array with field lenses 61, 62, 63, 64 is arranged on the optional coating islands 51, 52, 53, 54.
  • the field lenses 61, 62, 63, 64 are in particular made of hybrid polymer material.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method for producing microprojectors, such as the microprojector 200.
  • the object structures 41, 42, 43, 44 for a plurality of microprojectors are applied to a wafer in a step 81 (see lithography station 91 in FIG. ,
  • the coating islands 21, 22, 23, 24 and 51, 52, 53, 54, respectively, are applied to the wafer (compare station 92 in Fig. 4).
  • the wafer is provided with reference marks, which allow an exact alignment, especially during later printing.
  • Suitable is eg a Xaar printhead with 1000 nozzles.
  • the printhead 74 is particularly provided with a flow ink supply (temperature and vacuum control).
  • 1 1, 12, 13 and 14, as shown by way of example in FIG. 5, are printed on the wafer serving as carrier 3 or on the coating islands 21, 22, 23, 24.
  • about 50 to 4000 droplets, in particular 400 to 1000 droplets, 110, 120, 130, 140 in each case 6 to 84 pl (picoliter) are printed by means of the print head 74, so that the droplets 110, 120, 130, 140 in liquid Combine state and a drop mass 11 ', 12', 13 ', 14' form, which grows to a drop, after curing, the corresponding projection lens 11,
  • the print head 74 receives from a printer driver 73 information about the number ANZ of the droplets to be printed 1 10, 120, 130, 140 and a position indication DPOS for indicating the position at which the droplets 110, 120, 130, 140 are to be placed.
  • the printhead 74 may include, for example, up to 1000 nozzles.
  • the print head 74 stands still during the printing of the microlenses while it delivers the required number of droplets. In an advantageous embodiment, however, the print head 74 moves relative to or over the wafer during printing. It can be provided that drops from different nozzles are applied or applied by the print head to the wafer. By accepting an allegedly lower positioning accuracy, fluctuations in the volume of the droplets dispensed per nozzle are compensated in this way. In this case, the droplets 110, 120, 130, 140 from three to 20 nozzles 741 of the print head 74 to produce a respective drop of a mass 1 1 ', 12', 13 'and 14' for the lenses 1 1, 12, 13, 14 ejected.
  • Droplets 110, 120, 130, 140 are placed on the coating island of the respective coating islands 21, 22, 23, 24 until the desired number of ANZ droplets 110, 120, 130, 140 per coating island 21, 22, 23, 24 is reached .
  • the number ANZ of the droplets 1 10, 120, 130, 140 is dependent on the actual value of the thickness of the substrate 3 or on the deviation AS of the ((directly or on the basis of another wafer of the same batch measured) actual value of the thickness of the substrate 3 and the wafer of its desired value S * and / or is dependent on the actual value of the diameter d of the coating islands 21, 22, 23, 24 or is dependent on 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 island 21, 22, 23, 24.
  • the corresponding actual values or deviations Ad, AS are fed, measured by means of a sensor arrangement 71, to a correction module 72 which outputs a corrected setpoint volume V * KORR to the printer driver 73.
  • Af * is the target value for a defocusing of the object structure, which is assigned to a respective projection lens.
  • a drying step 832 in which the wafer can be removed from the printing system 931 and fed to a drying station 932.
  • the drying can also be carried out in the printing system on a heated substrate holder or wafer holder. During drying, it is intended that the solvent evaporates.
  • the lens surface is set by a corresponding surface tension (so-called reflow process).
  • the track temperature may be, for example, 60 ° C with a residence time of four hours.
  • the drying temperature may preferably also be, for example, 90 ° C. for a residence time of 90 minutes.
  • a suitable value range is a drying temperature between 50 ° C and 120 ° C, with a residence time between 5 minutes and several hours. Variations of the drying temperatures or the residence time are possible. It may be provided that the wafer is mounted during drying such that the currently printed lenses, ie 11, 12, 13, 14 (or 61, 62, 63, 64) lie below the wafer.
  • the drying step 832 is followed by a curing step 833 for UV curing of the lenses 11, 12, 13 and 14.
  • the wafer is removed from the drying station 932 and fed to a UV station 933.
  • the lenses 1 1, 12, 13, 14 are cured by UV radiation or crosslinked or polymerized.
  • the UV curing can be carried out under a local protective gas atmosphere (for example nitrogen atmosphere) in order to suppress influences of oxygen on the crosslinking (so-called oxygen inhibition).
  • the curing or UV curing can be carried out in two or more steps. It is preferably first cured in a step 8331 with low intensity or first intensity of UV radiation, in particular with the aim of preventing irregular shrinkage.
  • Such a UV curing step 8331 is advantageously followed by another UV curing step 8332 with a higher or second intensity for complete curing, the first UV intensity being less than the second UV intensity.
  • the UV cure may be at elevated temperature, such as 60 ° C.
  • the wafer may lie on a hotplate and / or in an oven during the UV curing.
  • a (further) thermal treatment step 8333 takes place, in particular with which the final optical properties (in particular the refractive index) are to be stabilized or left. It is particularly provided that this subsequent thermal treatment step takes place between 5 minutes and 300 minutes, wherein the part to be cured is exposed to a temperature range between 80 ° C and 140 ° C.
  • the wafer is returned to the printing station 931 and - if necessary - also rotated, so that the field lenses 61, 62, 63, 64 (from above) can be printed.
  • the printing of the field lenses 61, 62, 63, 64 takes place in a step 834, which corresponds to the step 831. It follows again Drying step 835 corresponding to the drying step 832 (however, drying the field lenses 61, 62, 63, 64), followed by a curing step 836 corresponding to the curing step 833 (but curing the field lenses 61, 62, 63, 64) ,
  • a calibration of the printing process It may be provided a calibration of the printing process.
  • a defined number of droplets from a nozzle or group of nozzles are printed on a test substrate and the printed ink is weighed or mass and / or volume determined by another method.
  • a correction factor k is determined to offset the deviation of the printed mass from the print head 74 by changing the number of droplets (see FIG. 5).
  • the calibration is carried out at regular intervals, e.g. once per shift or production shift.
  • the step 83 is followed by a step 84, in which initially a robot removes the wafer from the UV station 933 after UV curing and the transport of the removed wafer to a laser separation unit 94 takes place (possibly via a conveyor belt).
  • a laser separation system 94 By means of a laser separation system 94, the wafer is separated into individual microprojectors by means of a laser separation process.
  • a nanoperforation with a short-pulse laser whereby a mechanical stress is introduced into the glass of the wafer.
  • the cutting edge is heated with a C02 laser, so that the previously entered voltages lead to separation into individual microprojectors.
  • Suitable laser singulation systems are e.g. the Corning CLT 45G or Corning CLT 500X.
  • a test step 85 can be provided with a photometric test (in a test stand 95).

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 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 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. Projektionslinsen 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 entirety) bzw. der DE 10 2011 076 083 A1 (incorporated by reference in its entirety) bekannt ist. Die in der DE 10 2009 024 894 A1 vorgeschlagene Anordnung besteht aus einer regelmäßigen Anordnung mehrerer Feldlinsen, abzubildender als„identisch" bezeichneter Strukturen und Projektionslinsen. Eine Lichtquelle beleuchtet dabei einen 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 entirety) 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 M 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 gemäß der DE 10 2009 024 894 A1 als „identisch" bezeichnete 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 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 einen Grundfarbanteil des zu projizierenden Bildes in Form von 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 Abstandsmessung 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 Projektionsdisplay 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 aufgrund von vor Vorverzerrung von identischen abweichenden, 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 vorgesehen sein kann, dass 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. Die Tinte enthält insbesondere Ormocer. Als Ausgangsmaterial der Tinte sind insbesondere anorganisch-organische Hybridpolymere, sog. Ormocere, oder Vorstufen solcher Hybridpolymere, die durch UV-Belichtung polymerisieren, vorgesehen. Diese werden je nach Randbedingungen des Druckverfahrens mit einem Lösungsmittel oder anderen Verdünnungsmitteln, z.B. (sogenannte) Reaktjwerdünnern gemischt, um die Viskosität der Tinte einzustellen. Es werden insbesondere mehrere, insbesondere 400 bis 1000, Tröpfchen, insbesondere 6 bis 84 pl (Picoliter) 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.
Mögliche Druckverfahren offenbart zum Beispiel der Artikel 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. 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 jedoch insbesondere vorgesehen, dass jede einzelne Linse aus mehreren Düsen eines Druckkopfes gedruckt wird. So können z.B. für einen Tropfen, der eine spätere Linse formt, Tröpfchen aus 3 bis 20 Düsen verwendet werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der späteren Linsenkontur erhöht werden, da Schwankungen der Tröpfchengröße per Düse zum Teil kompensiert werden. Eine weitere Kompensation kann z.B. dadurch erfolgen, dass der Druckkopf, der mehrere Düsen aufweist, während des Druckens über das Substrat bewegt wird.
Es kann vorgesehen sein, 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. Ein Substrat kann auch ein Wafer sein, auf den die Mikrolinsen mehrerer Mikrolinsenarrays gedruckt werden. Auf das Substrat wird direkt oder indirekt die optische Nutzschicht, also das abzubildende Objekt (=abzubildende, insbesondere aufgrund von vor Vorverzerrung von identischen Strukturen abweichende, Struktur) aufgebracht. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Seite des Substrats mit den abzubilden Objekten (=abzubildende, insbesondere aufgrund von vor Vorverzerrung von identischen Strukturen abweichende, Strukturen) und/oder deren abgewandte 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 W099/19900 (incorporated by reference in its entirety), der US 2006/0158482 A1 (incorporated by reference in its entirety) oder der WO 2004/070438 A1 (incorporated by reference in its entirety) ist vorgesehen, keine durchgängige Beschichtung sondern Beschich- tungsinseln zu erzeugen. 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 durch seine Benetzungseigenschaften den Aufbau einer gewünschten Mikrolinse bzw. eines gewünschten Tropfens durch geeignete Benetzungseigenschaften ermöglicht. Einzelheiten zum Einstellen der Form eines Tropfens bzw. einer entsprechenden Mikrolinse kann dem„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 entirety) 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 Lösungsmittelgehalts)) eingestellt. Es kann vorgesehen sein, 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 entirety) entnommen werden. Beschichtung in dem hier verwendeten Sinne soll nicht nur eine Beschichtung im engeren Sinne umfassen, sondern auch eine Oberflächenbehandlung mit einer entsprechenden analogen Wirkung.
Es kann vorgesehen sein, 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 Schrift 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. 1 1) offenbart ist, die Anzahl der Tröpfchen, die auf eine Stelle gedruckt werden, um eine Mikrolinse bzw. einen Tropfen zu erzeugen, bestimmt. Verfahren zum Einstellen der Tropfenform bzw. der entsprechenden Mikrolinse (= Tropfen) offenbaren die Schriften 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 (incorporated by reference in its entirety), US 5 498 444 (incorporated by reference in its entirety) und US 5 707 684 (incorporated by reference in its entirety).
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 zur Bestimmung des Soll- Volumens VK0RR einer Linse implementiert sein, wie z.B.: l M(AS, Ad) = ^ (3R-h) mit
Figure imgf000010_0001
und
D _ (5+ AS)(ns-n)
Dabei bedeutet
5* 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 Beschichtungsinsel, 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 getrocknet und 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.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die abzubilden Objekte veränderbar bzw. individuell ansteuerbar. 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 Projektions- muster 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 bzw. auf die Beschichtungsinsel gedruckt wird, in dem bzw. auf der 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 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen von Mikroprojektoren einschließlich eines Verfahrens zum Bedrucken eines Wafers,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß Fig. 3, und
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Druckstation für Mikroprojektoren
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 (z.B. Teil eines Wafers), 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 Feldlinsenlage 6 angeordnet. 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 Beschichtungsinseln 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 3 sind Objektstrukturen 41 , 42, 43, 44 angeordnet, die mittels des Projektionslinsenarrays bzw. mittels der Projektionslinsen 1 1 , 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 1 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 Beschich- tungsinsel 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. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen von Mikroprojektoren wie dem Mikroprojektor 200. Dabei werden in einem Schritt 81 die Objektstrukturen 41 , 42, 43, 44 für mehrere Mikroprojektoren auf einen Wafer aufgebracht (vgl. Lithographiestation 91 in Fig. 4). In einem Schritt 82 werden die Beschichtungsinseln 21 , 22, 23, 24 bzw. 51 , 52, 53, 54 auf den Wafer aufgebracht (vgl. Station 92 in Fig. 4). Zudem wird der Wafer mit Referenzmarken versehen, die eine exakte Ausrichtung insbesondere beim späteren Drucken ermöglichen.
Es folgt ein einer Linsenfertigung 93 zugeordneter dargestellter Schritt 83 zum Drucken der Mikrolinsen 11 , 12, 13, 14 bzw. 61 , 62, 63, 64 bzw. zum Drucken eines Mikrolinsenprojektors bzw. der auf dem Wafer vorgesehenen Mikropro- jektoren, wobei zunächst die Referenzmarken durch einen Sensor 75 erfasst werden und der Wafer und der Druckkopf 74 anhand der Referenzmarken relativ zueinander ausgerichtet werden. Geeignet ist z.B. ein Xaar-Druckkopf mit 1000 Düsen. Der Druckkopf 74 ist insbesondere mit einer Durchfluß-Tintenversorgung versehen (Temperatur- und Unterdruckregelung).
Es kann vorgesehen sein, dass in einem Druckschritt 831 die Projektionslinsen
1 1 , 12, 13 und 14, wie in Fig. 5 beispielhaft dargestellt, auf dem als Träger 3 dienenden Wafer bzw. auf die Beschichtungsinseln 21 , 22, 23, 24 gedruckt werden. Dazu werden mittels des Druckkopfes 74 etwa 50 bis 4000 Tröpfchen, insbesondere 400 bis 1000 Tröpfchen, 110, 120, 130, 140 zu jeweils 6 bis 84 pl (Picoliter) gedruckt, so dass sich die Tröpfchen 110, 120, 130, 140 in flüssigem Zustand vereinen und eine Tropfenmasse 11 ', 12', 13', 14' bilden, die zu einem Tropfen anwächst, der nach Aushärtung die entsprechende Projektionslinse 11 ,
12, 13, 14 bildet. Dazu erhält der Druckkopf 74 von einem Druckertreiber 73 Informationen über die Anzahl ANZ der zu druckenden Tröpfchen 1 10, 120, 130, 140 sowie eine Positionsangabe DPOS zur Angabe der Position, an der die Tröpfchen 110, 120, 130, 140 platziert werden sollen. Der Druckkopf 74 kann zum Beispiel bis zu 1000 Düsen umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Druckkopf 74 beim Drucken der Mikrolinsen still steht während er die erforderliche Anzahl von Tröpfchen abgibt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung bewegt sich jedoch der Druckkopf 74 beim Drucken relativ zum bzw. über den Wafer. Dabei kann vorgesehen sein, dass Tropfen aus verschiedenen Düsen vom Druckkopf auf den Wafer appliziert bzw. aufgebracht werden. Unter Inkaufnahme einer vermeintlich geringeren Positionierungsgenauigkeit werden auf diese Weise Schwankungen im Volumen der pro Düse abgegebenen Tröpfchen ausgeglichen. Dabei werden die Tröpfchen 110, 120, 130, 140 aus drei bis 20 Düsen 741 des Druckkopfes 74 zur Erzeugung je einer Tropfenmasse 1 1', 12', 13' und 14' für die Linsen 1 1 , 12, 13, 14 ausgestoßen. Es werden so lange Tröpfchen 110, 120, 130, 140 auf der Beschichtungsinsel der jeweiligen Beschichtungsinseln 21 , 22, 23, 24 platziert bis die gewünschte Anzahl ANZ Tröpfchen 110, 120, 130, 140 pro Beschichtungsinsel 21 , 22, 23, 24 erreicht ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Anzahl ANZ der Tröpfchen 1 10, 120, 130, 140 abhängig ist von dem Ist-Wert der Dicke des Substrats 3 bzw. abhängig von der Abweichung AS des ((direkt oder an Hand eines anderen Wafers derselben Charge) gemessenen) Ist-Wertes der Dicke des Substrats 3 bzw. des Wafers von seinem Soll-Wert S* und/oder abhängig ist von dem Ist-Wert des Durchmessers d der Beschichtungsinseln 21 , 22, 23, 24 bzw. abhängig ist von der 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 Beschichtungsinsel 21 , 22, 23, 24 mit umfasst.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass mittels einer Sensoranordnung 71 die entsprechenden Ist-Werte bzw. Abweichungen Ad, AS gemessen 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: ltf0M (AS, Ad) = ^ (3R-h) mit
Figure imgf000014_0001
und
Figure imgf000014_0002
Dabei ist Af* der Sollwert für eine Defokussierung der Objektstruktur, die einer jeweiligen Projektionslinse zugeordnet ist.
Es folgt ein Trocknungsschritt 832, in dem der Wafer dem Drucksystem 931 entnommen und einer Trockenstation 932 zugeführt werden kann. Die Trocknung kann auch im Drucksystem auf einem geheizten Substrathalter bzw. Waferhalter erfolgen. Beim Trocknen ist vorgesehen, dass das Lösungsmittel verdunstet. Zudem stellt sich bei erhöhter Temperatur die Linsen-Oberfläche durch eine entsprechende Oberflächenspannung ein (sog. Reflow-Prozess). Die Track- nungstemperatur kann z.B. 60°C bei einer Verweildauer von vier Stunden betragen. Die Trockungstemperatur kann bevorzugt z.B. auch 90°C bei einer Verweildauer von 90 Minuten betragen. Ein geeigneter Wertebereich ist eine Trockungstemperatur zwischen 50° C und 120° C, wobei eine Verweildauer zwischen 5 Minuten und mehreren Stunden betragen kann. Es sind Variationen der Trocknungstemperaturen bzw. der Verweildauer möglich. Es kann vorgesehen sein, dass der Wafer beim Trocknen derart gelagert ist, dass die aktuell gedruckten Linsen, also 11 , 12, 13, 14 (oder 61 , 62, 63, 64) unterhalb des Wafers liegen.
Dem Trocknungsschritt 832 folgt ein Aushärtungsschritt 833 zur UV-Aushärtung der Linsen 11 , 12, 13 und 14. Dazu wird der Wafer der Trocknungsstation 932 entnommen und einer UV-Station 933 zugeführt. In der UV-Station 933 werden die Linsen 1 1 , 12, 13, 14 durch UV-Strahlung ausgehärtet bzw. vernetzt bzw. polymerisiert. Die UV-Aushärtung kann unter lokaler Schutzgasatmosphäre (z.B. Stickstoff-Atmosphäre) erfolgen, um Einflüsse von Sauerstoff auf die Vernetzung zu unterdrücken (sog. Sauerstoffinhibitation). Die Aushärtung bzw. UV- Aushärtung kann in zwei oder mehr Schritten erfolgen. Sie wird in bevorzugter Weise zunächst in einem Schritt 8331 mit niedriger Intensität bzw. erster Intensität der UV-Strahlung insbesondere mit dem Ziel gehärtet, unregelmäßige Schwindung zu verhindern. Einem solchen UV-Aushärtungsschritt 8331 folgt vorteilhafterweise ein weiterer UV-Aushärtungsschritt 8332 mit einer höheren bzw. zweiten Intensität zur vollständigen Aushärtung, wobei die erste UV- Intensität geringer ist als die zweite UV-Intensität. Die UV-Aushärtung kann bei erhöhter Temperatur erfolgen, wie etwa 60°C. Dabei kann der Wafer während der UV-Aushärtung auf einer Heizplatte und/oder in einem Ofen liegen. Es kann vorgesehen sein, dass nach erfolgter UV-Aushärtung ein (weiterer) thermischer Behandlungsschritt 8333 erfolgt, insbesondere mit dem sich die finalen optischen Eigenschaften (vor allem der Brechungsindex) stabilisieren sollen bzw. lassen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass dieser nachfolgende thermische Behandlungsschritt zwischen 5 Minuten und 300 Minuten erfolgt, wobei das auszuhärtende Teil einen Temperaturbereich zwischen 80° C und 140° C ausgesetzt ist.
Anschließend wird der Wafer wieder der Druckstation 931 zugeführt und - sofern notwendig - ebenfalls gedreht, so dass die Feldlinsen 61 , 62, 63, 64 (von oben) gedruckt werden können. Das Drucken der Feldlinsen 61 , 62, 63, 64 erfolgt in einem Schritt 834, der dem Schritt 831 entspricht. Es folgt wiederum ein Trocknungsschritt 835, der dem Trocknungsschritt 832 entspricht (wobei jedoch die Feldlinsen 61 , 62, 63, 64 getrocknet werden), gefolgt von einem Aushärtungsschritt 836, der dem Aushärtungsschritt 833 entspricht (wobei jedoch die Feldlinsen 61 , 62, 63, 64 ausgehärtet werden).
Es kann eine Kalibrierung des Druckprozesses vorgesehen sein. Bei einer derartigen Kalibrierung wird eine definierte Anzahl von Tröpfchen aus einer Düse oder einer Gruppe von Düsen auf ein Testsubstrat gedruckt und die gedruckte Tinte gewogen oder mit einem anderen Verfahren Masse und/oder Volumen bestimmt. Aus der Abweichung von der Sollmasse bzw. von den Sollvolumen wird ein Korrekturfaktor k bestimmt, um die Abweichung der gedruckten Masse bzw. des gedruckten Volumens über den Druckkopf 74 hinweg durch Änderung der Tröpfchenanzahl auszugleichen (siehe Fig. 5). Die Kalibrierung erfolgt dabei in regelmäßigen Abständen, z.B. einmal pro Schicht bzw. Fertigungsschicht.
Dem Schritt 83 folgt ein Schritt 84, in dem zunächst ein Roboter den Wafer nach erfolgter UV-Aushärtung aus der UV-Station 933 entnimmt und der Transport des entnommenen Wafers zu einer Lasertrennanlage 94 (ggf. über ein Transportband) erfolgt. Mittels einer Lasertrennanlage 94 erfolgt ein Vereinzeln des Wafers zu einzelnen Mikroprojektoren mittels eines Lasertrennprozesses. Dabei erfolgt zunächst eine Nanoperforation mit einem Kurzpulslaser, wodurch eine mechanische Spannung in das Glas des Wafers eingetragen wird. In einem anschließenden Separationsprozess wird mit einem C02-Laser die Schnittkante erhitzt, so dass die zuvor eingetragenen Spannungen zur Trennung in einzelne Mikroprojektoren führen. Geeignete Laservereinzelungsanlagen sind z.B. die Corning CLT 45G oder Corning CLT 500X. Im Anschluss kann ein Prüfschritt 85 mit einer lichttechnischen Prüfung (in einem Prüfstand 95) vorgesehen sein.

Claims

PAT E N TAN S P RÜ C H E
Verfahren zum Herstellen eines Mikroprojektors, wobei der Mikroprojektor einen Träger umfasst, auf dem ein Projektionslinsenarray mit einer Mehrzahl von Projektionslinsen angeordnet ist/wird, wobei auf einer dem Projektionslinsenarray abgewandten Seite des Trägers ein Objektstrukturen- array mit einer Mehrzahl von Objektstrukturen angeordnet ist/wird, wobei einer Objektstruktur zumindest eine Projektionslinse derart zugeordnet ist/wird, 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 Projektionslinse entspricht, wobei auf dem Objektstrukturenarray optional ein Feldlinsen- array derart angeordnet ist/wird, dass bei Beleuchtung des Feldlinsen- arrays eine Köhlersche Beleuchtung der den jeweiligen Feldlinsen zugeordneten Objektstrukturen bzw. Projektionslinsen ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinsen und/oder Feldlinsen mittels einer transparenten Tinte, insbesondere aus einer Vielzahl von Tröpfchen, zum Beispiel nicht weniger als 400 Tröpfchen und/oder nicht mehr als 1000 Tröpfchen, die sich im flüssigen Zustand zu einem Tropfen vereinen, der nach Aushärtung eine Projektionslinse bzw. Feldlinse bildet, gedruckt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Tinte ein Hybrid-Polymer, z.B. Ormocer, oder eine Lösung eines Hybrid-Polymers in einem (geeigneten) Lösungsmittel ist oder eine Vorstufe eines Hybrid-Polymers ist oder umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger Beschichtungsinseln erzeugt oder aufgebracht werden, insbesondere Beschichtungsinseln die die Grundfläche der Projektionslinsen bzw. Feldlinsen definieren, insbesondere aufgrund der gegenüber dem Träger besseren Benetzungseigenschaften (des Materials der Beschich- tungsinsel), wobei die Projektionslinsen bzw. die Feldlinsen auf die Beschichtungsinseln gedruckt werden, insbesondere derart, dass sich die Projektionslinsen nicht berühren.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Tröpfchen zum Drucken einer Projektionslinse bzw. Feldlinse in Abhängigkeit des Durchmessers der Beschichtungsinsel, auf die die Projektionslinse bzw. Feldlinse gedruckt wird, und/oder dem Sollwert des Durchmessers der Beschichtungsinsel, auf die die Projektionslinse bzw. Feld linse gedruckt wird, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchmesser und/oder die Soll-Durchmesser zweier Beschichtungsinseln, auf die jeweils eine Projektionslinse gedruckt wird, voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinsen bzw. Feldlinsen mittels eines Druckkopfes gedruckt werden, der (eine Vielzahl von bzw. zumindest 500 oder zumindest 1000) Düsen zum Ausstoß von Tinte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinsen bzw. Feldlinsen gleichzeitig jeweils mittels einer Mehrzahl, zum Beispiel nicht weniger als 3 und/oder nicht mehr als 20, von Düsen des Druckknopfes gedruckt werden, insbesondere während sich der Träger und der Druckkopf relativ zueinander bewegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte getrocknet wird, nachdem die (vorgesehene bzw. notwendige) Anzahl der Tröpfchen für eine Projektionslinse bzw. eine Feldlinse gedruckt bzw. auf eine Beschichtungsinsel aufgebracht ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte nach dem Trocknen bzw. nachdem die (vorgesehene bzw. notwendige) Anzahl der Tröpfchen für eine Projektionslinse bzw. eine Feldlinse gedruckt bzw. auf eine Beschichtungsinsel aufgebracht ist, insbesondere mittels UV-Licht, ausgehärtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten in zumindest zwei unterschiedlichen Phasen bzw. Schritten erfolgt, wobei eine Projektionslinse bzw. eine Feldlinse bzw. die Projektionslinsen bzw. die Feldlinsen zunächst mit einer ersten Intensität von UV- Licht bestrahlt wird bzw. werden, und wobei anschließend oder danach mit einer zweiten Intensität von UV-Licht bestrahlt wird bzw. werden, wobei die zweite Intensität größer ist als die erste Intensität.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinsen nach dem Aushärten erwärmt werden bzw einem thermischen Behandlungsschritt bezogen werden.
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