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科普:納米全息幻彩是怎樣煉成的
發(fā)布時間:
2019-05-20 14:01
來源:
ysszgh.com
隨著手機(jī)漸變色的流行,微納米全息幻彩這個詞火起來了,那么這納米全息幻彩到底是什么技術(shù)?
首先我們要了解什么是全息,從百度到教科書都有大量的全息知識介紹,大多是關(guān)于三維全息照相,全息防偽標(biāo)簽,全息鐳射……實(shí)在沒有一個靠譜的說法,那么全息究竟是什么呢。
根據(jù)維基百科上的定義,全息(holography)是一個技術(shù)名詞,指通過相干光(激光就是其中一種)干涉原理記錄和查看圖像,當(dāng)合適地將其呈現(xiàn)時,便可以精確地再現(xiàn)被記錄物體的三維外觀。
(蘇州印象制作的消色彩3D全息影像)
也就是說,當(dāng)兩束相關(guān)光匯聚在一起,可以產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋,這種條紋密度很高,可以達(dá)到微米甚至納米量級。這種微納米量級的干涉條紋就是一種光柵結(jié)構(gòu),這種光柵結(jié)構(gòu)既可以根據(jù)設(shè)計再現(xiàn)三維立體影像,也可以對白光的進(jìn)行色散分離,稱之為光的衍射。
(光柵對自然白光的衍射色散)
這就是所謂納米全息幻彩的來源。
對于不同的光柵組合可以有不同的衍射級數(shù),就光柵本身而言,還有光柵表面形貌、深度、占空比等都可以產(chǎn)生不同的衍射效果。
(一維正弦光柵在萬倍原子力顯微鏡下的形貌)
白光照射不同光柵結(jié)構(gòu),會產(chǎn)生不同的衍射視場,這就需要設(shè)計師從美學(xué)藝術(shù)角度去設(shè)計把控,有效管理這些衍射出來的彩虹光,使之能夠達(dá)到所需要的工藝效果。如果你想要達(dá)到只需要某種波長顏色,不要出現(xiàn)彩虹色,那就需要更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計,就目前比較前沿的科技研究表明,難度非常大,至少還不適合量產(chǎn),一旦解決,那PVD真空鍍膜就徹底完完了。
目前納米光柵設(shè)計制作主要有面陣干涉、點(diǎn)陣干涉,成像投影光刻以及單光束直寫等方法。
面陣干涉曝光是比較傳統(tǒng)的全息光柵制作工藝,其特點(diǎn)是效率高,速度快,無象素分辨率概念,光柵連續(xù)沒有象素間隔,光柵條紋頻率調(diào)整靈活,但是缺點(diǎn)也很明顯,如圖形化控制不方便,對環(huán)境震動影響比較大,曝光區(qū)域需要超精密防震隔離設(shè)計等,對操作人員的經(jīng)驗(yàn)積累要求非常高,堪比外科手術(shù)大夫的手術(shù)臺。
(蘇州印象的面陣全息曝光系統(tǒng))
與之對應(yīng)的是點(diǎn)陣光刻系統(tǒng),其點(diǎn)陣就好比是顯示屏上的象素點(diǎn),象素點(diǎn)現(xiàn)狀可以是圓形,矩形,六邊形等任意幾何圖案。每一個象素點(diǎn)可以設(shè)置不同的空間頻率(密度)、角度方向,這樣做最大的好處就是可以靈活的進(jìn)行數(shù)字化、圖像化控制處理,可以調(diào)節(jié)光柵的占空比,來調(diào)節(jié)衍射光和反射光的比能量,,還可以實(shí)現(xiàn)彩虹色的濃淡漸變,衍射角度漸變(小米9的做法)。
目前業(yè)界較多從荷蘭、德國、哥倫比亞等地采購了多種風(fēng)格的光刻設(shè)備來制作,大多是半導(dǎo)體光刻設(shè)備照搬或沿革而來,他們的光刻進(jìn)度、性能和紋理的表現(xiàn)力各有千秋,但是都存在圖案設(shè)計的瓶頸,就是從設(shè)計美學(xué)到光刻工程圖紙的編譯。
(蘇州印象自主研發(fā)的微納全息幻彩光刻機(jī))
(蘇州印象研發(fā)的納米全息幻彩紋理)
既然幻彩來自光柵衍射,那么制作光柵的手段就有很多了,也不一定需要全息的工藝,比如,激光直寫,投影曝光,掩膜光刻等等;甚至不一定用激光,比如電子束(e-beam)、離子束(ion beam)、金剛石CNC加工,都可以制作出不同分辨率的光柵。這些光柵都可以產(chǎn)生不同的衍射效果。
所以,所謂“納米全息幻彩”實(shí)際上就是一種高密度光柵產(chǎn)生的微納結(jié)構(gòu)色彩。其實(shí)這項技術(shù)早就被大量應(yīng)用在防偽標(biāo)簽、煙草包裝,證卡安全領(lǐng)域,只不過是一次跨領(lǐng)域的展現(xiàn)。其創(chuàng)新點(diǎn)在于針對消費(fèi)電子產(chǎn)品的全新設(shè)計,對時尚流行色彩的領(lǐng)悟和把握。
從技術(shù)層面上講,復(fù)雜的光柵設(shè)計可以表達(dá)更符合現(xiàn)代審美要求的變化色彩、動感圖文和三維立體,這可能是未來的發(fā)展方向。
(蘇州印象研發(fā)的3D真彩色人物肖像面部微納光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計)
文章為蘇州印象原創(chuàng),轉(zhuǎn)載請注明出處!
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