结构颜色是由光和纳米结构之间的相互作用产生的。工程结构颜色是一个有前途的、迅速兴起的研究领域。与使用化学染料的传统涂装技术相比,结构色在色彩管理方面具有更广泛的技术应用。部分由于其出色的耐用性,结构色为彩色印刷提供了一条环保的途径。

具有像素化光学腔的厘米级多色印刷

当色彩管理需要高光谱分辨率或可控光谱带宽时,光子器件设计依赖于各种物理机制,例如多层干涉、衍射、等离子体共振和法布里-珀罗(F-P)腔效应。特别是F-P空腔效应一直吸引着科学界的兴趣。与其他技术相比,F-P腔产生的颜色通常串扰更少,清晰度更高。

对于彩色印刷应用,具有空间变化间隔厚度的反射型和透射型F-P腔都已得到广泛研究。像素化F-P腔的制造主要依赖于电子束光刻(EBL)和相关工艺。

基于EBL的技术具有很高的空间分辨率,但制造过程通常很耗时,因此大多数报告的样本尺寸都非常小——在亚毫米级。快速制造具有高空间分辨率的大面积F-P型彩色打印设备仍然具有挑战性。

正如AdvancedPhotonicsNexus报道的那样,深圳南方科技大学(SUSTech)的研究人员最近开发了一种使用灰度光刻技术实现厘米级彩色打印的方法。在灰度激光写入过程中,通过控制曝光剂量,首先将具有多种颜色成分的彩色图像转换为预定的灰度图案,然后雕刻在光刻胶层上。

像素化的光刻胶间隔层被两个半透明的长条薄膜夹在中间以形成F-P腔。通过精细控制光刻胶层的厚度,可以在可见光谱范围内连续调整透射颜色。在可见光范围内,制造的F-P腔的传输效率在39%和50%之间。透射模式下的像素化F-P腔也是制作滤色片阵列的绝佳候选者,可用于光谱成像。

据报道,新开发的激光灰度光刻工艺利用了像素化F-P腔的制造速度和空间分辨率。据通讯作者李桂新教授介绍,“所提出的大面积彩色打印装置在彩色显示、高光谱成像、高级绘画等实际应用中可能具有巨大潜力。”