En el proyecto FOWINA, el Instituto Fraunhofer de Circuitos Integrados IIS en Erlangen y el Instituto Fraunhofer de Investigación de Silicatos ISC en Würzburg han desarrollado nuevos sensores de color con una disposición especial de microlentes. Los sensores se pueden realizar directamente en el chip y combinar múltiples funciones en un espacio mínimo. Su diseño extremadamente delgado hace que los sensores sean adecuados para una amplia gama de aplicaciones, como en dispositivos móviles o lámparas LED de color ajustable.

Los sensores de color se utilizan en pantallas, LED y otros dispositivos tecnológicos para generar colores reales. Su fabricación implica el uso de estructuras nanoplásmicas especiales. Estas estructuras filtran la luz incidente, permitiendo que sólo las regiones definidas con precisión del espectro de color alcancen la superficie del detector. La capacidad de controlar el ángulo de incidencia es decisiva para el correcto funcionamiento de los filtros de color. Los sensores convencionales contienen elementos macroscópicos para mejorar la precisión del filtro y evitar colores falsos enmascarando la luz en ángulos indeseables. pero estos elementos agregados aumentan significativamente el tamaño de construcción del componente.

Sensores ultradelgados para cámaras y teléfonos inteligentes

Para superar este inconveniente, los dos Institutos Fraunhofer que trabajan en el proyecto FOWINA, IIS e ISC, están desarrollando una solución todo en uno que combina múltiples funciones en un espacio mínimo. Estructuras de filtros de color, filtros angulares para regular la luz incidente, circuitos de evaluación para el procesamiento de señales, y los fotodiodos para convertir la energía luminosa en energía eléctrica están integrados en el chip sensor de color. Este diseño extremadamente compacto hace posible construir novedosos, Sensores de color ultradelgados para incorporar en cámaras, teléfonos inteligentes, y muchos otros productos. FOWINA es un proyecto interno financiado por Fraunhofer como parte de su programa interno de investigación orientada a las PYME. El acrónimo alemán significa "controlar el espectro angular de sensores de color nanoestructurados utilizando elementos de modelado de haz micro-ópticos".

Además de su gran escala de integración, que permite empaquetar un máximo de funciones en una superficie pequeña, los nuevos sensores son más fáciles y, por tanto, menos costosos de fabricar que sus predecesores. Fraunhofer IIS es responsable del desarrollo del sensor IC, incluidos los filtros de color nanoplásmicos. Este último se puede fabricar de forma rentable junto con los fotodiodos y los circuitos de evaluación utilizando un mismo proceso CMOS, es decir, una sola tecnología.

Fraunhofer ISC es responsable de fabricar las matrices de microestructuras que sirven como elementos de filtro angulares en los sensores. "Utilizamos la técnica avanzada de polimerización de dos fotones, que permite la creación de casi cualquier tipo de microestructura o superficie estructurada, "dice el Dr. Sönke Steenhusen, un científico investigador en Fraunhofer ISC. Para acelerar el proceso de fabricación, Fraunhofer ISC emplea tecnología de nanoimpresión, una técnica litográfica altamente precisa y probada en el campo, para replicar las microestructuras. Este método también permite combinar diferentes estructuras en el mismo sustrato.

Restringir el ángulo de la luz incidente

En el transcurso del proyecto FOWINA, Fraunhofer ISC ha logrado el mejor rendimiento de filtro de color posible al restringir el ángulo de la luz incidente a un rango de tolerancia de +/- 10 grados utilizando estructuras microópticas. Esto habilita el color de los LED, por ejemplo, para ser ajustado activamente. Otro punto a favor es la altísima precisión de la superficie de las microlentes, que enfocan la luz en los filtros de color de manera específica. El material utilizado por Fraunhofer ISC para fabricar las matrices es un polímero híbrido inorgánico-orgánico especial, que exhibe alto contenido químico, estabilidad térmica y mecánica y se puede adaptar fácilmente a los requisitos de aplicaciones específicas modificando su estructura molecular.

Los dos Institutos Fraunhofer colaboradores están optimizando actualmente los procesos de diseño y fabricación de los sensores de color, con miras a escalar a aplicaciones industriales y, en una fecha posterior, producción en masa de los sensores.