用于制造用于微透镜阵列的光阑阵列的方法

摘要

本发明涉及一种用于制造用于微透镜阵列(2)的、尤其是用于车辆前照灯的微透镜阵列(2)的光阑阵列(1)的方法，该方法至少包括以下步骤方法：——提供(100)具有设置在第一晶片表面(31)上的微透镜阵列(2)的晶片(3)，——借助遮盖掩模(4)掩蔽(200)晶片(3)的第二晶片表面(32)，其中，遮盖掩模(4)包括光阑阵列(1)的负模，——用不透明层(10)涂覆(300)所述掩蔽的晶片表面(32)，——移除(400)所述遮盖掩模(4)并且获得在所述第二晶片表面(32)上的光阑阵列(1)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于微透镜阵列的、尤其是用于车辆前照灯的微透镜阵列的光阑阵列的方法。

背景技术

目前微透镜阵列在成像的光学器件和照明的光学器件中具有多种应用。微透镜阵列由多个并排设置的微透镜构成，微透镜的直径典型地处于10μm至1mm的数量级。在现代的车辆前照灯中，微透镜阵列在光模块的投射装置中使用，尤其是因为微透镜具有比传统的光学器件明显更小的焦距和尺寸，使得投射装置的结构深度可以有利地小地实现。

例如WO2015/058227A1公开了一种用于机动车前照灯的微投射光模块，其具有投射装置，该投射装置包括由微入射光学器件组成的阵列和由微出射光学器件组成的配属的阵列，其中，这些光学器件这样构造和相对于彼此设置，使得从微入射光学器件出射的所有的光恰好仅进入到所配设的微出射光学器件中。有利地，所公开的光模块包括在入射光学器件与出射光学器件之间的光阑设备，由此穿过的光流可以被消减，以便产生具有限定形状、例如具有清晰明暗边界的光分布。建议：将光阑设备构造成穿孔掩模的形式由膜或由金属构成的单独的构件。

此外，WO2017/066818A1公开了一种基于此的投射装置，该投射装置在光阑装置与出射光学器件之间具有第二光阑装置，该第二光阑装置具有孔径光阑的功能并且防止相邻的微光学器件之间的串扰。建议：将光阑装置构造成金属的穿孔掩模或者通过光学体借助激光束或电子束的有针对性的碳化来制造或者借助施加吸收层来制造，该吸收层随后例如借助激光束有针对性地又被去除。

此外，在现有技术中用于微透镜阵列的光阑借助不透明层的光刻结构化部而产生。在此，首先将全表面的涂层、例如金属薄层施加到承载微透镜阵列的晶片的背侧上并且随后设置有感光漆。在其上定位有曝光掩模并且曝光，该曝光掩模根据漆类型具有光阑阵列的正模或负模。在湿化学工艺中接着局部地去除漆，使得漆层模拟光阑阵列的正模并且局部地露出位于其下的不透明层。接着借助蚀刻工艺、例如借助离子束蚀刻去除层的露出的区段，而结构化的漆保护邻接的层区段免受去除。最后在另一个湿化学工艺中去除剩余的漆，以便最终暴露出在晶片表面上的光阑阵列。

在上述用于制造光阑阵列的方法中，作为半导体技术的标准工艺的光刻结构化部被看作最稳健且成本有利的制造路径。其缺点是所涉及的大量的工艺步骤，由此光阑阵列的制造以不期望的程度导致在基于微透镜阵列制造投射装置时的总的劳动消耗和成本耗费。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种用于制造用于微透镜阵列的光阑阵列的方法，该方法是相对于根据现有技术的方法的一种成本有利且工作强度较低的替代方案。

所述任务从一种根据权利要求1的用于制造光阑阵列的方法出发来解决。本发明的有利的进一步改进方案在从属权利要求中给出。

本发明包括以下技术教导，所述制造方法至少包括以下步骤：

——提供具有设置在第一晶片表面上的微透镜阵列的晶片，

——借助遮盖掩模掩蔽晶片的第二晶片表面，其中，遮盖掩模包括光阑阵列的负模，

——用不透明层涂覆所述掩蔽的晶片表面，

——移除所述遮盖掩模并且获得在所述第二晶片表面上的光阑阵列。

在此，本发明基于以下构思，即将在现有技术中层沉积和层结构化的单独的工艺步骤结合起来，其方式为：在层沉积期间设置在晶片表面上的遮盖掩模掩蔽晶片表面的设置成光阑开口的区段并且因此保护其免受涂覆不透光的层。因此，根据本发明的方法避免了在现有技术中常用的光刻和蚀刻步骤，从而降低了总的工艺成本和总的制造成本。

此外，关于利用根据本发明的方法可实现的产品质量，应注意的是，在光阑开口的区域中的晶片表面保持与制造一样的表面质量，因为它在涂覆过程期间被掩蔽。与此不同，在根据现有技术的光刻制造过程中，(之后的)光阑开口的区域首先被涂覆并且随后借助蚀刻过程再次露出。当然，该过程导向显然是以表面质量为代价，尤其是粗糙度参数的提高是典型的，从而结果是由于在穿过这样粗糙的光阑开口时光散射提高而造成投射装置的光输出变差。

在根据本发明的方法的一种有利的实施方式中，在涂覆所掩蔽的晶片表面时沉积了由一种金属或一种金属合金(尤其是铬)制成的不透明层。金属的特征在于在重要的可见光谱范围内的电磁辐射的高吸收系数并且此外针对在光模块运行中的加热是稳固的。

优选地，在涂覆所掩蔽的晶片表面时沉积的不透明层的层厚度为50nm至500nm、尤其是100nm至200nm。这在使用金属层时是典型的值。这种层厚度可以在短的过程时间中沉积并且其导致没有显著提高整个投射装置的结构深度。

优选借助物理气相沉积(PVD)方法涂覆所掩蔽的晶片表面。与根据本发明的遮盖掩模的应用相关地，PVD方法具有几何定向的涂覆过程的优点，在所述涂覆过程中粒子束以限定的入射角射到晶片表面上。因此，在粒子束垂直入射到晶片上并且因此也垂直入射到遮盖掩模上时，不仅可以最小化通过掩膜棱边的遮蔽效果而且可以最小化涂层材料到晶片表面的被掩蔽的区段中的掩藏(Unterkriechen)。

此外，在掩蔽时优选使用具有光阑阵列负模的遮盖掩模，其中，单个光阑的负模的特征长度分别为0.1mm至5mm。所述数量级与单个透镜的直径相匹配，该单个透镜典型地在微透镜阵列中被用于车辆前照灯的投射装置。尤其是，这种结构尺寸可以通过根据本发明的在遮盖掩模中的沉积容易产生。

此外，本发明还涉及一种用于车辆前照灯的结构组合件，其至少包括微透镜阵列和光阑阵列，其中，光阑阵列借助根据本发明的方法的上述实施方式中任一种来制造。

尤其是，该结构组合件包括两个微透镜阵列和设置在它们之间的光阑阵列，其中，光阑阵列作为场光阑阵列设置在第二微透镜阵列的焦平面中，以便产生明确限定的光分布。

附图说明

下面连同借助附图与对本发明的优选的实施例的说明详细地说明其它的改进本发明的措施。其中：

图1a-1d示出对根据本发明方法的方法步骤的说明，以及

图2示出根据本发明的结构组合件的横截面视图。

具体实施方式

图1a-1d说明根据本发明的制造方法的各个方法步骤100、200、300和400。在以下对各附图的说明中所列举的参考附图标记在各图1a至1d的概观中展示。

图1a示出提供100具有设置在第一晶片表面31上的微透镜阵列2的晶片3。示出晶片3和微透镜阵列2的一部分以及微透镜阵列2的单个透镜21的布置结构的放大细节图。晶片3优选由石英玻璃或透明聚合物制成并且具有典型为0.2mm至2.5mm的厚度。微透镜阵列2可以通过回流工艺、UV固化聚合物的模制、UV反应铸造、玻璃中的蚀刻、压印、印刷、塑料模压工艺、注塑和/或通过具有阴模的模制技术来制造。例如，微透镜阵列2的形状是矩形的，其中长边的典型尺寸为10mm至100mm并且短边的典型尺寸为5mm至20mm。构成阵列的单个透镜21具有典型为0.1mm至0.5mm的水平和垂直节距，但是在特殊情况下也可以具有直至5mm的直径。单个透镜21的布置结构可以如在图1a所示的那样形成正方形栅格，替代地例如六边形的布置结构也可以是有利的。

图1b示出借助包括光阑阵列1的负模41的遮盖掩模4来掩蔽200晶片3的第二晶片表面32。遮盖掩模4例如由高精度结构化的金属板材、微孔膜或塑料或玻璃板组成。在此，遮盖掩模4在晶片表面32上的定位必须高精度地进行，以便确保负模41精确地相对于微透镜阵列2在相对置的晶片表面31上定向。遮盖掩模4的厚度尽可能小地选择，以便避免在涂覆300到遮盖掩模4中时不期望的遮暗效果。遮盖掩模4的放大细节图示出单个负模42分别具有两个矩形的空隙部43a、43b，这些空隙部对应于光阑阵列1的之后的光阑框13a、13b。负模42或单个光阑11的长度12有利地匹配于微透镜21的直径。为了确保遮盖掩模4与晶片3之间的尽可能全表面的且无间隙的接触，夹子状的夹紧装置43在边缘侧围绕掩膜4和晶片3装配。例如，遮盖掩模4此外可以由铁磁金属、例如镍制成，使得遮盖掩模4可以借助设置在相对置的晶片表面31上的磁体被压到要覆层的晶片表面32上。

图1c示出覆层300用遮盖掩模4掩蔽的晶片表面32。为此，有利地使用PVD法、尤其是溅射法(阴极溅射)，其产生待沉积的涂层材料的定向的粒子束5。粒子束5到遮盖掩模4上的入射在此基本上垂直地取向，使得不会由于负模41的空隙部43a、43b的边缘而产生不期望的遮蔽效果，而是晶片表面32在空隙部43a、43b下方全表面均匀地被涂覆。此外，通过粒子束5的垂直入射减少了涂层材料进入到遮盖掩模4与晶片表面32之间可能的缝隙中。有利地使用铬作为用于形成不透明层的涂层材料，其特征在于高的比吸收率以及高的耐久性。

图1d示出在去除400遮盖掩模4之后在晶片表面32上的光阑阵列1。构成光阑阵列1的单个光阑11分别包括两个矩形的光阑框13a和13b，它们由不透明的铬层10构成。单个光阑11的长度12大致对应于微透镜阵列2的单个透镜21的直径。在光阑框13a、13b之间分别有一个光阑开口14，在前照灯运行中光模块的光流穿透该光阑开口。在这里所示的情况下，各个光阑框13b的面积改变并且光阑开口14的尺寸相应地改变。在将光阑阵列1用作场光阑的阵列以用于裁定光流时，不同的光阑开口14的尺寸和/或构造的这种变化是一种很灵巧的用于详细限定由投射装置投射的光分布的可能性，更确切地说不仅关于其轮廓而且关于局部的辐射强度。

图2示出根据本发明的结构组合件50的一部分的横截面视图，其包括在所述两个透明的晶片3的相反的表面上的第一和第二微透镜阵列2a和2b以及设置在它们之间的光阑阵列1，该光阑阵列借助根据本发明的方法沉积在其中一个晶片表面上。该图示并非按比例的，而是晶片3的厚度在实际中大约为1mm，构成光阑阵列1的铬层10的厚度大约为100nm，单个透镜21的厚度以及单个光阑11的特征长度12例如为250μm至500μm。两个晶片3例如通过在边缘侧环绕的粘接连接或者替代地通过全表面的粘接连接相互固定连接。在车辆前照灯的投射装置中使用时，例如微透镜阵列2a用作由光源射出的光的入射光学器件并且另一个微透镜阵列2b用作用于将光分布投射到车道上的出射光学器件。在这里所示的示例中，光阑阵列1具有场光阑阵列的功能，即光阑阵列定位于第二微透镜阵列2b的焦平面中并且因此由用作出射光学器件的微透镜阵列2b清晰地投射到车道上。在结构组合件50这样设置在前照灯中，使得单个光阑11的光阑框13a和13b如在图2中所示垂直地彼此相叠，所有光阑框13a的下边缘的投射在车道上构成清晰的明暗边界，前提是所有光阑框13a具有相同的尺寸和在单个光阑11内的相同位置。各个光阑框13b的尺寸的变化则用于构造投射在明暗边界下方的光场。附加地，在图2中所示的结构组合件50还可以补充同样借助根据本发明的方法制造的第二光阑阵列，其设置在场光阑阵列1与用作出射光学器件的微透镜阵列2b之间并且承担用于抑制杂散光的孔径光阑阵列的功能。

本发明在其实施方案中不局限于在上面给出的优选的实施例。相反地，可设想多种变型方案，这些变型方案即使在原则上不同类型的设计中也使用所描述的解决方案。由权利要求书、说明书或附图得出的全部特征和/或优点(包括结构上的细节、空间上的布置结构和方法步骤在内)不仅本身而且以各种不同的组合可以是对本发明重要的。

附图标记列表

1 光阑阵列

10 不透明层

11 单个光阑

12 长度

13a、13b 光阑框

14 光阑开口

2、2a、2b 微透镜阵列

21 单个透镜

3 晶片

31 第一晶片表面

32 第二晶片表面

4 遮盖掩模

41 (光阑阵列)的负模

42 (单个光阑的)负模

43a、43b 空隙部

5 粒子束

50 结构组合件

100 提供

200 掩蔽

300 涂覆

400 去除