No projeto FOWINA, o Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS em Erlangen e o Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC em Würzburg desenvolveram novos sensores de cores com um arranjo especial de microlentes. Os sensores podem ser realizados diretamente no chip e combinar várias funções em um mínimo de espaço. Seu design extremamente fino torna os sensores adequados para uma ampla gama de aplicações, como em dispositivos móveis ou lâmpadas LED de cor ajustável.

Sensores de cor são usados ​​em monitores, LEDs e outros dispositivos de tecnologia para gerar cores verdadeiras. Sua fabricação envolve o uso de estruturas nanoplasmônicas especiais. Essas estruturas filtram a luz incidente, permitindo que apenas regiões precisamente definidas do espectro de cores alcancem a superfície do detector. A capacidade de controlar o ângulo de incidência é decisiva para o correto funcionamento dos filtros de cores. Os sensores convencionais contêm elementos macroscópicos para melhorar a precisão do filtro e evitar cores falsas, mascarando a luz em ângulos indesejáveis, mas esses elementos adicionados aumentam significativamente o tamanho de construção do componente.

Sensores ultrafinos para câmeras e smartphones

Para superar essa desvantagem, os dois Institutos Fraunhofer trabalhando no projeto FOWINA, IIS e ISC, estão desenvolvendo uma solução multifuncional que combina várias funções em um mínimo de espaço. Estruturas de filtro de cor, filtros angulares para regular a luz incidente, circuitos de avaliação para processamento de sinal, e os fotodiodos para converter a energia da luz em energia elétrica estão todos integrados no chip do sensor de cores. Este design extremamente compacto torna possível construir novos, sensores de cor ultrafinos para incorporação em câmeras, smartphones, e muitos outros produtos. FOWINA é um projeto interno financiado pela Fraunhofer como parte de seu programa interno de pesquisa voltada para PMEs. A sigla alemã significa "controlar o espectro angular de sensores de cor nanoestruturados usando elementos de formação de feixe micro-óptico".

Além de sua alta escala de integração, que permite que um máximo de funções sejam empacotadas em uma pequena superfície, os novos sensores são mais fáceis e, portanto, menos caros de fabricar do que seus predecessores. Fraunhofer IIS é responsável pelo desenvolvimento do sensor IC, incluindo os filtros de cores nanoplasmáticos. Este último pode ser fabricado de forma econômica em conjunto com os fotodiodos e circuitos de avaliação usando um e o mesmo processo CMOS, ou seja, uma única tecnologia.

O Fraunhofer ISC é responsável por fabricar os arranjos de microestruturas que servem como elementos de filtro angular nos sensores. "Usamos a técnica avançada de polimerização de dois fótons, que permite a criação de quase qualquer tipo de microestrutura ou superfície estruturada, "diz o Dr. Sönke Steenhusen, um cientista pesquisador do Fraunhofer ISC. Para acelerar o processo de fabricação, O Fraunhofer ISC emprega tecnologia de nanoimpressão - uma técnica litográfica altamente precisa e comprovada em campo - para replicar as microestruturas. Este método também permite que diferentes estruturas sejam combinadas no mesmo substrato.

Restringindo o ângulo de luz incidente

No decorrer do projeto FOWINA, O Fraunhofer ISC obteve o melhor desempenho de filtro de cores possível ao restringir o ângulo da luz incidente a uma faixa de tolerância de +/- 10 graus usando estruturas micro-ópticas. Isso ativa a cor dos LEDs, por exemplo, para ser ativamente ajustado. Outro ponto positivo é a precisão de superfície muito alta das microlentes, que focam a luz nos filtros de cor de uma maneira direcionada. O material usado pela Fraunhofer ISC para fabricar as matrizes é um polímero híbrido orgânico-inorgânico especial, que exibe alta química, estabilidade térmica e mecânica e pode ser facilmente adaptado aos requisitos de aplicações específicas, modificando sua estrutura molecular.

Os dois Institutos Fraunhofer colaboradores estão atualmente otimizando os processos de design e fabricação para os sensores de cor, com vista à expansão para aplicações industriais e, Numa data posterior, produção em massa dos sensores.