OWINA –用于芯片級集成的精確微型彩色傳感器。圖片來源：弗勞恩霍夫ISC的K. Selsam

在FOWINA項目中，位于埃爾蘭根的弗勞恩霍夫集成電路IIS研究所和位于維爾茨堡的弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所ISC開發(fā)了具有特殊微透鏡配置的新型彩色傳感器。傳感器可以直接在芯片上實現(xiàn)，并且可以在最小的空間內(nèi)結(jié)合多種功能。其超薄的設(shè)計使該傳感器適用于廣泛的應(yīng)用，例如移動設(shè)備或可調(diào)節(jié)顏色的LED燈。

顏色傳感器用于顯示器，LED和其他技術(shù)設(shè)備中，以產(chǎn)生真實的顏色。它們的制造涉及使用特殊的納米等離子體結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)過濾入射光，從而允許僅精確限定的區(qū)域的顏色光譜到達檢測器表面。控制入射角的能力對彩色濾光片的正確功能至關(guān)重要。常規(guī)傳感器包含宏觀元素，可通過以不需要的角度遮擋光來提高濾鏡的精度并避免出現(xiàn)不真實的顏色，但是這些添加的元素會顯著增加組件的結(jié)構(gòu)尺寸。

適用于相機和智能手機的超薄傳感器

為克服此缺點，兩個從事FOWINA項目的Fraunhofer研究所IIS和ISC正在開發(fā)一種一體化的解決方案，該解決方案在最小的空間內(nèi)結(jié)合了多種功能。彩色濾光片結(jié)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)入射光的角度濾光片，用于信號處理的評估電路以及用于轉(zhuǎn)換光能的光電二極管轉(zhuǎn)化為電能都集成在顏色傳感器芯片中。這種極其緊湊的設(shè)計使其有可能制造出新穎，超薄的色彩傳感器，以用于相機，智能手機和許多其他產(chǎn)品。FOWINA是由Fraunhofer資助的內(nèi)部項目，是其針對中小企業(yè)的內(nèi)部研究計劃的一部分。德國的首字母縮寫代表“使用微光學光束整形元件控制納米結(jié)構(gòu)顏色傳感器的角光譜”。

它們具有很高的集成度，可以將最大的功能封裝在一個小的表面上，而且新穎的傳感器比以前的傳感器更容易制造，因此成本更低。Fraunhofer IIS負責開發(fā)包括納米等離子體濾色片的傳感器IC。后者可以使用一個和相同的CMOS工藝（即單一技術(shù)）與光電二極管和評估電路一起經(jīng)濟高效地制造。

Fraunhofer ISC負責制造微結(jié)構(gòu)陣列，這些陣列用作傳感器中的角度過濾器元件。Fraunhofer ISC的研究科學家S?nkeSteenhusen博士說：“我們使用了先進的雙光子聚合技術(shù)，幾乎可以創(chuàng)建任何類型的微結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)化表面�！� 為了加快制造過程，F(xiàn)raunhofer ISC采用了納米壓印技術(shù)（一種高度精確且經(jīng)過現(xiàn)場驗證的光刻技術(shù)）來復制微結(jié)構(gòu)。該方法還允許將不同的結(jié)構(gòu)組合在同一基板上。

限制入射光的角度

在FOWINA項目的過程中，F(xiàn)raunhofer ISC通過使用微光學結(jié)構(gòu)將入射光的角度限制在+/- 10度的公差范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)了最佳的濾色器性能。這樣可以主動調(diào)整LED的顏色。另一個優(yōu)點是微透鏡的非常高的表面精度，可以有針對性地將光聚焦在濾色鏡上。Fraunhofer ISC用于制造陣列的材料是一種特殊的無機-有機雜化聚合物，具有高化學，熱和機械穩(wěn)定性，并且可以通過修改其分子結(jié)構(gòu)輕松適應(yīng)特定應(yīng)用的需求。

兩家弗勞恩霍夫研究所的合作伙伴目前正在優(yōu)化顏色傳感器的設(shè)計和制造流程，以擴大到工業(yè)應(yīng)用，并在以后大規(guī)模生產(chǎn)傳感器。