松下:全球首款*1具有可電控近紅外線光譜靈敏度的有機CMOS影像感測器

應用1:監控攝影機(圖片:美國商業資訊)

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日本大阪--()--(美國商業資訊)--松下公司今日宣布其已成功研發出一項新技術,該新技術可在有機CMOS影像感測器中實現相同畫素的近紅外線(NIR)光譜靈敏度的電控制。該影像感測器具有直接堆疊的有機薄膜,透過改變向有機薄膜施加的電壓,可同時控制影像感測器所有畫素的靈敏度。

這項技術支援在彩色影像*2模式和近紅外線影像模式間進行逐畫格切換,無需傳統影像感測器所需的機械紅外線截止濾鏡。這有助於實現攝影機系統小型化並提高系統的穩固性。該技術還支援全域快門操作*3。因此,其可適用於機器視覺或智慧交通系統等各個行業領域的應用,這些領域需要快速、準確的檢測或識別。

這項新技術具備下列優點。
在彩色影像模式和近紅外線影像模式之間進行逐畫格切換,且不會降低解析度。

這項研發成果以下列技術為基礎。

  1. 有機CMOS影像感測器設計技術,支援獨立設計光電轉換部分和讀出電路部分。
  2. 靈敏度控制技術,透過改變向光電轉換部分施加的電壓實現彩色影像模式和近紅外線影像模式之間的逐畫格切換。

松下擁有94項有關這些技術的日本專利和68項國外專利(包括申請中的專利)。

在2017年2月5日至2月9日於美國舊金山舉行的國際學術會議:2017年國際固態電子電路會議(ISSCC)上,松下將展示這些技術中的部分技術。

註:
*1:根據松下提供的資料,截至2017年2月9日。
*2:800nm範圍紅外線光譜靈敏度的消光比為-28 dB。
*3:之前的ISSCC2016報導:http://news.panasonic.com/global/press/data/2016/02/en160203-6/en160203-6.html

這些技術的更多詳情

  1. 有機CMOS影像感測器設計技術,可實現光電轉換部分和讀出電路部分的獨立設計。

    在有機CMOS影像感測器中,有機薄膜執行光電轉換功能,而有機薄膜下的矽(Si)基電路執行信號電荷積聚和信號讀出功能。該薄膜和電路可獨立設計,因此,有機CMOS影像感測器可具備高靈敏度、寬動態範圍和全域快門功能等特點。這項新開發的技術已成功將影像感測器的光譜靈敏度從可見光光譜擴展到近紅外線光譜。而且,該技術還可實現近紅外線光譜靈敏度的電控制,同時可保證有機CMOS影像感測器的上述獨特功能。
  2. 靈敏度控制技術,可透過改變施加在有機層上的電壓來實現彩色影像和近紅外線影像之間的逐畫格切換。

    透過堆疊分別吸收可見光和近紅外線光的兩層有機層,有機CMOS影像感測器的光譜靈敏度可從可見光光譜擴展到近紅外線光譜。然而,只是簡單地將這兩層進行堆疊或混合並不能區分近紅外光信號和可見光信號。為了區分這些信號,傳統方法需要電極和薄膜電晶體等額外元件,進而導致畫素尺寸增加。
    為了解決這一問題,我們採用了兩層有機層的直接堆疊結構,該兩層有機層具有高電阻比。在該結構中,這兩層有機層分配有不相等的施加電壓。換言之,使用同一電壓源,將相對較低的電壓施加給一個有機層,而將相對較高的電壓施加給另一個有機層。為了能夠收到入射光的信號資訊,需要為有機CMOS影像感測器施加一個至少高於閾值的電壓。歸功於這一特性,該結構可以實現兩層有機層在低電壓下均無靈敏度,在中等電壓下僅一層有機層具有靈敏度,而在高電壓下兩層有機層均具有靈敏度。也就是說,在無需增加任何元件的情況下,該結構實現彩色影像模式的電切換,在彩色影像模式下,該感測器僅對可見光具有靈敏度,而在近紅外線影像模式下,該感測器對可見光和近紅外光均具有靈敏度。

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