Les nouveaux capteurs de couleur sont moins chers à fabriquer – choix des appareils

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Les nouveaux capteurs de couleur sont moins chers à fabriquer

FOWINA – Niveau de puce d'intégration de capteur de couleur précis. Crédit: K. Selsam, Fraunhofer ISC

Dans le cadre du projet FOWINA, l’Institut Fraunhofer pour les circuits intégrés IIS à Erlangen et l’Institut Fraunhofer pour la recherche sur le silicate ISC à Würzburg ont mis au point de nouveaux capteurs de couleur dotés d’un arrangement spécial de microlentilles. Les capteurs peuvent être réalisés directement sur la puce et combiner plusieurs fonctions dans un minimum d'espace. Leur conception extrêmement élégante permet aux capteurs de s'adapter à une large gamme d'applications, telles que les appareils mobiles ou les lampes LED à couleur ajustable.

Les capteurs de couleur sont utilisés dans les moniteurs, les LED et autres dispositifs techniques pour générer des couleurs fidèles. Leur fabrication implique l'utilisation de structures nanoplasmoniques spéciales. Ces structures filtrent la lumière de l'événement afin que seules des zones du spectre de couleurs définies avec précision puissent atteindre la surface du détecteur. La capacité de contrôler l'angle d'incidence est cruciale pour des filtres de couleur appropriés. Les capteurs classiques contiennent des éléments macroscopiques destinés à améliorer la précision des filtres et à éviter les fausses couleurs en masquant la lumière à des angles non désirés, mais ces éléments supplémentaires augmentent considérablement la taille de construction du composant.

Capteurs ultra-minces pour appareils photo et smartphones

Pour remédier à cet inconvénient, les deux instituts Fraunhofer travaillant sur le projet FOWINA, IIS et ISC développent une solution tout-en-un qui combine plusieurs fonctionnalités dans un minimum d'espace. Des structures de filtres de couleur, des filtres de régulation de la lumière incidente, des circuits d’évaluation du traitement du signal et des photodiodes permettant de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique sont tous intégrés au réseau de capteurs de couleur. Cette conception extrêmement compacte permet de construire de nouveaux capteurs de couleur ultra-légers à intégrer dans les appareils photo, les smartphones et de nombreux autres produits. FOWINA est un projet interne financé par Fraunhofer dans le cadre de son programme interne de recherche axée sur les PME. L'acronyme allemand signifie "contrôler le spectre angulaire de capteurs de couleur nanostructurés utilisant des éléments formant un faisceau micro-optique".

Outre leur degré d'intégration élevé, qui permet de regrouper un nombre maximal de fonctions sur une petite surface, les nouveaux capteurs sont plus légers et donc moins coûteux à fabriquer que leurs prédécesseurs. Fraunhofer IIS est responsable du développement du circuit intégré du capteur, y compris des filtres de couleur nanoplasmoniques. Ce dernier peut être produit de manière rentable avec les photodiodes et les circuits d’évaluation en utilisant un seul et même processus CMOS, c’est-à-dire une seule technologie.

Fraunhofer ISC est responsable de la production de réseaux de microstructures qui agissent comme des filtres angulaires des capteurs. "Nous utilisons la technique avancée de polymérisation à deux photons, qui permet de créer presque n'importe quel type de microstructure ou de surface structurée", explique le Dr Sönke Steenhusen, chercheur à Fraunhofer ISC. Pour augmenter le processus de production, Fraunhofer utilise la technologie de nanoimpression ISC – une technique lithographique extrêmement précise et éprouvée sur le terrain – pour copier les microstructures. Cette méthode permet également de combiner différentes structures sur le même substrat.

Limitation de l'angle d'incidence

Au cours du projet FOWINA, Fraunhofer ISC a obtenu les meilleures performances possibles en matière de filtrage des couleurs en limitant l'angle d'incidence de la lumière à une plage de tolérance de +/- 10 degrés à l'aide de structures micro-optiques. Cela permet de régler activement les couleurs des LED, par exemple. Un autre avantage est la très grande précision de surface de la microlentille, qui concentre la lumière sur les filtres de couleur de manière ciblée. Le matériau utilisé par Fraunhofer ISC pour produire des matrices est un polymère hybride inorganique-organique particulier qui présente une stabilité chimique, thermique et mécanique élevée et peut être facilement adapté aux exigences d'applications spécifiques en modifiant sa structure moléculaire.

Les deux institutions collaboratives Fraunhofer optimisent actuellement les processus de conception et de production des capteurs de couleur dans le but de passer aux applications industrielles et de produire ensuite en série des capteurs.


Réalisation de capteurs d'image sans filtre de couleur


Livré par
Société Fraunhofer




citation:
Les nouveaux capteurs de couleur sont moins chers à fabriquer (3 décembre 2018)
11 juin 2019
à partir de https://phys.org/news/2018-12-sensors-expensive.html

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