Cảm biến hình ảnh mới sử dụng chấm lượng tử có thể thay thế CMOS

Chấm lượng tử là các hạt nano hiện được tìm thấy nhiều nhất trên màn hình, nhưng các nhà nghiên cứu đã cố gắng tận dụng công nghệ để phát hiện bước sóng ánh sáng trên cảm biến. Nhóm nghiên cứu lập luận rằng công nghệ này có khả năng thay thế các cảm biến CMOS.

Công nghệ chấm lượng tử

Công nghệ chấm lượng tử, hay QLED, sử dụng một bảng các tinh thể lân tinh phản ứng với ánh sáng và điện để nâng cao chất lượng hình ảnh trên TV. Các chấm lượng tử này riêng lẻ và cực kỳ nhỏ với kích thước dưới 500 nanomet và có thể phát sáng trong một dải màu được xác định bởi những nguyên tử được tìm thấy trong mỗi chấm. Như Viewsonic giải thích , thay vì sử dụng đèn nền màu trắng tinh khiết, một chiếc TV với công nghệ QLED sẽ phát ra màu đỏ hoặc xanh lục khi bị ánh sáng xanh dương chiếu vào, có nghĩa là màu sắc chính xác hơn và độ bão hòa cao hơn so với màn hình LED không có chấm lượng tử.

Viewsonic giải thích: “Mỗi pixel trên màn hình đều phát ra ánh sáng đỏ, lục hoặc lam, hoặc thỉnh thoảng là sự kết hợp của cả ba. “Độ chính xác của màu sắc của mỗi pixel được xác định bởi các bước sóng. Và các chấm lượng tử có thể dễ dàng được điều chỉnh theo kích thước xác định của chúng để giải phóng các bước sóng cụ thể khác nhau nhằm tạo ra màu sắc tốt nhất ”.

Hình ảnh dưới đây cho thấy cách các chấm lượng tử được sắp xếp trong màn hình QLED:

Chấm lượng tử cực kỳ hữu ích để cải thiện đáng kể chất lượng của màn hình. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng sử dụng những nguyên tắc chính xác này nhưng ngược lại: thay vì sử dụng các chấm lượng tử để hiển thị màu sắc, công nghệ này đang được sử dụng để ghi lại chúng.

Cảm biến chấm lượng tử

Cảm biến CMOS rất tuyệt vời, nhưng có những hạn chế về nơi chúng có thể được triển khai và cách chúng ghi dữ liệu cũng bị giới hạn bởi kích thước của chúng.

“Nhiều lãnh vực ứng dụng đang gia tăng, chẳng hạn như xe hơi tự lái, thiết bị điện tử linh hoạt, chăm sóc sức khỏe và hình ảnh y tế, đòi hỏi độ phân giải và mức độ tích hợp cao hơn nữa. Các nhà nghiên cứu giải thích rằng điều này rất khó đạt được vì cách từng pixel của ảnh màu được thu lại.

“Trong hầu hết các cảm biến hình ảnh, các thành phần màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam của một pixel nhất định được chụp độc lập bằng cách sử dụng ‘tế bào’ bộ tách sóng quang chuyên dụng cho mỗi màu. Trong khi ba ô của mỗi pixel được sắp xếp theo chiều ngang và càng gần nhau càng tốt để sử dụng hiệu quả diện tích có sẵn, thiết kế này chiếm ít nhất ba không gian so với mỗi ô riêng lẻ. Ngoài ra, chi phí sản xuất và gia công cho các mảng tách sóng quang này có thể cao do độ phức tạp của chúng ”.

Các nhà nghiên cứu, đứng đầu là Giáo sư Sung Kyu Park của Đại học Chung-Ang, Hàn Quốc, giải thích rằng họ đã phát triển một loại cảm biến mới sử dụng công nghệ chấm lượng tử.

Cảm biến sử dụng các chấm lượng tử xếp chồng lên nhau theo chiều dọc, như đã đề cập ở trên, mỗi chấm đều nhạy cảm với các tần số ánh sáng cụ thể. Khi ánh sáng đi qua các lớp chấm được điều chỉnh khác nhau, chỉ ánh sáng phản ứng với điểm có tần số cụ thể mới được kích hoạt, đó là cách cảm biến biết màu nào cần ghi lại thông tin đó.

Các nhà nghiên cứu nói rằng cấu trúc pixel sử dụng ít diện tích trên mỗi pixel hơn nhiều so với các cảm biến hình ảnh thông thường, có nghĩa là nhiều cảm biến trong số chúng có thể được đặt trong một không gian hơn so với công nghệ CMOS hiện tại.

“Mật độ thiết bị của dãy bộ tách sóng quang của chúng tôi là 5.500 thiết bị trên một cm vuông, lớn hơn đáng kể so với mật độ được báo cáo cho các bộ tách sóng quang linh hoạt được xử lý bằng giải pháp trước đó, đạt tới 1.600 thiết bị.”

Về cơ bản, bằng cách sử dụng phương pháp chế tạo ở nhiệt độ thấp, các nhà nghiên cứu đã cố gắng đưa vô một số lượng pixel cao hơn đáng kể trong cùng một khu vực nhỏ so với các phương pháp thông thường hiện có.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu nói rằng việc chế tạo các cảm biến đơn giản hơn nhiều và cảm biến thu được có độ nhạy sáng cao và độ bền lớn, có nghĩa là thiết kế này có thể được sử dụng cho các cảm biến có độ phân giải cao trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Park nói: “Chúng tôi nghĩ rằng thiết kế của chúng tôi là một bước tiến vượt bậc hướng tới việc thiết lập một hệ thống cảm biến hình ảnh tích hợp với chi phí thấp, độ phân giải cao và vượt xa những hệ thống thông thường.

Toàn bộ bài nghiên cứu có thể được đọc trong số tháng Giêng của Vật liệu tiên tiến .

Tín dụng hình ảnh: Hình ảnh tiêu đề do nhóm nghiên cứu cung cấp và mô tả các chấm lượng tử như một công cụ cho cảm biến hình ảnh màu thế hệ tiếp theo.