electronica 2008

Dresden, / 8.9.2008

vom 11. - 14. November 2008 in München

Halle A2 Stand 420

Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme führt kundenspezifische Entwicklungen in den Bereichen Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik durch. Es ist dabei Partner von der ersten Idee über Machbarkeitsuntersuchungen bis zur Prototypenentwicklung. Die Produkte können in der eigenen Prozesslinie entwickelt und als Pilotserie gefertigt werden. Etwa 200 Wissenschaftler arbeiten mit modernstem Equipment an Projekten auf den Gebieten Sensor- und Aktuatorsysteme, Mikroscanner, Flächenlichtmodulatoren, Lifetronics und Organische Materialien und Systeme.

Auf der electronica 2008 (Halle A2, Stand 420) stellt das Fraunhofer IPMS Exponate zu folgenden Themen aus:

1. Multispektrale Bilderfassung

Multispektrale Bilderfassung, auch »Hyperspectral Imaging« genannt, kann prinzipiell für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden, die von der Sortierung von Lebensmitteln bis zur Plastiktrennung im Recycling reichen. Typischerweise werden die Objekte dabei auf einem Förderband transportiert und die Klassifikation findet anhand von Größen und Materialeigenschaften der Objekte statt. Während Formmerkmale per Bildaufnahme gewonnen werden können, bietet sich für die Analyse des Materials Spektroskopie an. Im Falle organischer Verbindungen, wie Kunststoffen, werden Wellenlängen im nahen Infrarot (NIR) bevorzugt. Verfügbare NIR Hyperspectral Imaging Systeme nutzen jedoch InGaAs-Detektorarrays, die zu hohen Kosten für das Gesamtsystem führen. Fraunhofer IPMS zeigt zum erstenmal ein Hyperspectral Imaging System, das nur eine Sensorzeile benötigt. Dies wird durch die Verwendung eines speziellen, am Institut entwickelten und gefertigten MOEMS (micro-optical electromechanical systems) erreicht: eines Mikroscannerspiegels mir aufgebrachtem Beugungsgitter, das das vom Objekt reflektierte Licht spektral zerlegt. Die mechanische Bewegung des Spiegels erlaubt die Reduktion des Detektors auf eine Sensorzeile und damit eine starke Verkleinerung des Gesamtsystems. Dies führt zu einer deutlichen Kostenreduzierung. Im Demonstrator werden für jeden Datenpunkt quer zur Bewegungsrichtung des Förderbandes spektrometrische Daten gewonnen, diese lokal mit einem DSP-System vorverarbeitet und per USB 2.0 zu einem PC übertragen, wo sie dann endgültig ausgewertet werden, entweder mit einem »Best-Match«-Ansatz oder unter Nutzung von chemometrischen Modellen für die zu untersuchenden Materialien.

2. OLED-on-CMOS-Integration für sensorische Anwendungen

Organische Leuchtdioden (OLEDs) erlauben neben dem Standard-Substratmaterial Glas die Integration in verschiedene anwendungsspezifische Untergründe, z. B. auf Silizium-Wafer. Insbesondere in Verbindung mit CMOS-Schaltungstechnik (OLED-on-CMOS) können ihre Vorteile wie Leuchtdichte, Effizienz, niedrige Betriebsspannung, spektrale Charakteristik neben der herkömmlichen Anwendung in Displays gänzlich neue und alternative Applikationen bedienen. Dies ergibt sich insbesondere aus der Kombination mit integrierten CMOS-Bauelementen und -Sensoren (z. B. Photodetektoren), die mittels OLED-on-CMOS-Technologie erstmals durch effiziente und stabile Lichtemitter auf dem CMOS-Chip ergänzt werden können, sowie der CMOS-basierten Ansteuerung, Auslese und Signalverarbeitung. Dabei läßt sich der Lichtemitter platzsparend oberhalb der CMOS-Elektronik anordnen, benötigt also keine zusätzliche Chipfläche. Diese Verbindung ermöglicht hochentwickelte Bauelemente und deren Anwendung: OLED-Mikrodisplays (auf CMOS-Untergrund) mit eingebettetem Bildempfänger (›bi-direktionales Mikrodisplay‹) zur interaktiven Adaption des Displayinhaltes mittels Augen-Steuerung, oder optoelektronische Sensoren mit integrierter Lichtquelle. Dieser Thematik widmet sich das Fraunhofer IPMS seit einiger Zeit und hat zwischenzeitlich verschiedene Technologie-Demonstratoren vorgestellt. Auf der electronica 2008 zeigt Fraunhofer IPMS den Prototypen eines bi-direktionalen OLED-Mikrodisplays, bei dem eine bildgebende CMOS-Photodiodenmatrix verschachtelt in einem auf dem CMOS-Chip integrierten QVGA-Display (ca. 12 x 9 mm²) arbeitet.

Weiterhin wird ein optischer Flußsensor präsentiert, bei dem die erforderliche Lichtquelle mit auf dem CMOS-Sensorchip integriert ist. Eine CMOS-Photodiodenzeile gestattet die Detektion der Geschwindigkeit eines Partikelflusses, während die eingebettete OLED-Lichtquelle in Form von Streifen parallel neben der Photodiodenzeile der Beleuchtung des Mediums dient. Die damit verbundene Reduzierung des Aufwands hinsichtlich Aufbau- und Verbindungstechnik erlaubt den Einsatz derartiger Bauelemente in zahlreichen Anwendungsfeldern, der Chemie, Medizin und Life Science. Weitere Anwendungen von OLED-on-CMOS reichen von Lichtschranken und Optokoppler bis hin zur optischen Kommunikation.

Prof. Hubert Lakner, Institutsleiter des Fraunhofer IPMS, wird an der Podiumsdiskussion »Emerging MEMS for Mass Markets«, am Mittwoch, den 12. November 2008, um 15:00 Uhr, in Halle A2 teilnehmen.