基于微纳结构与金属纳米层的颜色调控技术研究

本文提出一种基于微纳结构及金属纳米层的颜色调控方法. 通过理论分析研究, 建立了基于多孔氧化铝(PA) 微纳结构与金属纳米层的颜色调控物理模型. 以此为基础, 在孔深分别为250 nm和410 nm的PA模板表面磁控溅射铝(Al)金属纳米层, 对其反射干涉光谱分析可知, 通过控制PA模板的孔深可实现可见光谱范围内的颜色调控. 此外, 基于掩膜在孔深为410 nm的PA模板表面局域溅射铬(Cr)金属纳米层, 通过对其反射干涉光谱分析并与相同孔深的镀Al金属纳米层的PA颜色进行对比, 可以发现改变金属纳米层的材料和厚度同样可以实现颜色调控, 并通过局域颜色调控制备出彩色图案. 研究结果表明, 基于微纳结构及金属纳米层的颜色调控是一种切实可行和有效的方法.     

孔雀羽毛不同色区的色彩分析

孔雀羽毛是生物结构色的典型代表。作者采用扫描电镜和光纤光谱仪观察了羽毛表面结构和反射光谱,低倍SEM表面观察结果表明孔雀尾羽“眼斑”处艳丽的色彩源于光子晶体的微结构特性,不同的色彩部位源于微结构不同的表面形状及不同的结构周期;反射光谱表明,反射光谱的峰位随着入射角度的改变而改变,填充液填充后反射峰位发生移动。该研究为制作类似孔雀羽毛光子晶体结构的功能复合材料提供了依据。     

网络状表面结构纳米氧化锌的发光特性

为研究表面形貌对微纳结构氧化锌晶体光学特性的影响,利用气相传输法制备了一种具有特殊表面结构的纳米氧化锌颗粒状样品.应用X射线衍射谱、电子能量散射谱和扫描电镜等对样品结构和形貌进行了分析,结果表明样品具有三种层次结构组成的网络状表面形貌|室温下以波长355 nm激光激发样品,观察到紫外峰明显被抑制的发光谱.基于样品表面周期性微结构,用时域有限差分法和严格耦合波分析法对样品发光谱特性及成因进行仿真研究.结果表明,发光谱中紫外峰的被削弱与材料能级结构无关,其形成机理缘于样品表面类蝴蝶翅膀表面微结构,类似于光子晶体表面结构颜色.     

薄膜微结构的近红外透射诱导增强特性

在SiNx薄膜中引入微金字塔结构,综合利用包含界面的薄膜光学微结构的折射、衍射与干涉现象,实现透反射的调控.通过单点金刚石切削与纳米压印、等离子体各向异性刻蚀技术相结合,将大面积、高效率、低成本的微结构制备方法推广至光学薄膜中,实现了多种尺寸的金字塔薄膜微结构的制备,结构单元尺寸可以在1.5～10μm之间进行调控.光谱特性检测结果表明,SiNx薄膜微金字塔结构阵列在近红外至长波红外波段,表现出超宽波段的减反射特性;在0.8～2.5μm的近红外波段,反射率低于1.0%;在3～5μm的中红外波段,反射率小于2.5%;在10～12μm长波红外波段,平均反射率低于5%;与传统的四分之一波长抗反射膜系相比,SiNx薄膜微金字塔结构阵列的减反射效果的实现,无需膜系设计时的折射率匹配,简化了膜系结构.研究发现SiNx薄膜微金字塔结构阵列的近红外透射诱导增强特性,高度为2～4μm的SiNx薄膜微金字塔结构阵列,均在2.1μm波长处出现明显的透射诱导增强效应,且高为4μm,底宽为8μm的微金字塔结构阵列的透射增强作用最为明显,透射率达到了96%以上.实验检测与仿真分析证明,透射增强的位置和强度由微结构的形貌尺寸及其结构比例关系决定.     

金微纳阵列表面等离激元中红外波段光谱特性

表面等离激元是金属表面自由电子在入射光激发下产生的电子集体振荡行为及其相应的电磁场分布。目前，金微纳颗粒表面等离激元除了在可见光波段内被大量研究和应用外，在中红外波段内也显示出独特的光谱特性，具备设计生产优良传感器的潜力，因而同样备受瞩目。研究表明，在中红外波段内设计表面等离激元传感器的关键问题在于如何有效地调节共振谱的共振波长、峰值吸收率以及半峰宽等主要特征参数。相比于单个微纳颗粒而言，阵列结构由于拥有良好的周期性，从而能够在上述参数的宽光谱调节方面具有独特的优势。基于此，提出一种基于金微纳颗粒组成的阵列结构，利用时域有限差分方法，在4～18 μm波段范围内，通过分别改变该阵列的结构参数，包括颗粒半径、高度、间距及颗粒形状等，系统地研究了该微纳阵列结构在中红外波段对入射光的反射光谱、透射光谱和吸收光谱等特性的影响。研究发现，在8～10 μm光谱内，入射光能够与其所激发的金微纳阵列表面等离激元产生共振效应，表现出明显的共振峰特性。可以通过分别改变上述结构参数来有效调节吸收率谱线共振峰的共振波长、峰值吸收率和半峰宽等主要特征参数。研究结果对中红外光谱内基于金微纳阵列结构传感器的科学研究和实际设计具有独特的理论应用价值。     

蝴蝶与光子晶体

近年来 ,科学家们发现有着各种各样颜色的动物 ,如有花斑的甲壳虫、美丽的小鸟和五彩斑斓的蝴蝶等 ,它们身上的彩虹都来自于一种称为光子晶体 (photoniccrystals)的微结构 .通常的颜料是由其本身的化学成分在吸收或反射一定频率的光线后呈现出各种颜色的 ,但光子晶体与此不同 ,它对光的反射是来自于本身的物理结构的功能 ,也就是说 ,光子晶体具有周期性的空穴或凸隆阵列 ,这种有一定尺寸的阵列 ,在晶体本身完全是无色的情况下 ,也能反射兰色光线 ,并吸收其他颜色的光线 .这是由于光子晶体的阵列从不同角度去看时会有一些微小的差别 ,而从不…     

组装条件对涂布法制备SiO2结构色涂层光谱性质影响研究

为了实现结构色涂层在纸张表面的快速制备，研究不同组装条件对SiO₂结构色涂层呈色效果的影响，采用快速涂布的方法，在纸张表面制备出了大面积且具有随角异色特性的结构色涂层。探讨SiO₂微球粒径、分散液浓度及涂布次数等因素对结构色涂层光学特性的影响，通过优化自组装条件和分析周期性结构构筑类型，阐明快速涂布法构建的SiO₂微球在激光打标纸上的自组装过程及结构色呈色机理。应用数码相机、3D激光共聚焦形貌测量显微镜等仪器对样品的颜色外观和微观结构进行测量，表征样品的呈色性能及表面结构。使用X-Rite MA68Ⅱ多角度分光光度仪及光纤光谱仪测量反射光谱，进而用CIEL*a*b*色度值对制备的结构色涂层的光学性能进行分析。结果表明，通过快速涂布自组装法制备所得的结构色涂层，SiO₂微球粒径尺度对样品色调影响显著，随着微球粒径的增加，反射光谱中心波长发生红移，且该涂层有角度依赖特性，当固定入射角度为45°时，随着探测方向与镜面反射方向夹角的增大，中心波长发生红移；微球溶液的浓度可以调控结构色涂层反射光谱曲线的半高宽及反射率峰值，进而影响样品的亮度和彩度，而对于光子带隙的位置无明显影响。微球浓度为4%时，样品表面呈现出基材本身的黑色，微球浓度为8%时，200，220和250 nm粒径的样品表面分别可以呈现彩度较低的蓝色、绿色、黄色，微球浓度增加到10%时，纸张表面的结构色涂层彩度提高，色调不变；随着涂布次数的增加，反射光谱曲线的半高宽变窄，且反射峰位发生蓝移，涂布次数达到3次时，反射峰位最接近于根据布拉格定律计算出的理论值，但涂布次数的增加也使得结构色涂层表面产生白色的不均匀现象。     

纳米级光滑石墨表面的拉曼光谱表征

石墨微结构的表面一般为原子级光滑或纳米级光滑,是研究表面、界面物理性质的重要基础,对结构超润滑、微机电器件的研究和应用非常重要。为了解石墨微结构表面的状态和性质,其无损表征具有重要意义。通过微加工方法制备出石墨微结构,使用微纳机械手上的针尖推动石墨微结构上部可以得到原子级光滑或纳米级光滑的石墨表面。使用拉曼光谱对获得的石墨表面进行表征。通过与原子力显微镜和电子显微镜的表征结果进行对比发现,拉曼光谱能够准确反映石墨表面的缺陷程度,同时具有非接触、无损和快速的优点。这表明拉曼光谱在纳米级光滑石墨表面的表征中能够提供可靠表征信息,并且检测快速、不破坏样品,为石墨结构超润滑和MEMS器件的后续研究和应用奠定了基础。     

基于Kubelka-Munk理论的专色印刷效果分析

随着对印刷精度的要求的不断提高, 专色印刷越来越重要。本文以涂料纸印刷为基础, 在假设没有油墨渗透的情况下, 且油墨与纸张均为均匀分布, 利用Kubelka-Munk模型来研究专色印刷的光谱反射规律。印刷中色彩的再现不仅与印刷的油墨有关, 也与印刷的纸张有关, 是纸张与油墨共同作用的结果, 本文分析了对专色印刷呈色效果的各种影响因素, 可以为专色油墨的配制提供理论依据。     

微纳光电子与激光专题编者按

微纳光电子技术是目前发展迅速、研究活跃、应用性强的前沿交叉领域之一.人们利用亚波长尺度微纳结构对电磁波振幅、偏振、相位、角动量等进行调控,设计出多种功能性器件,例如:完美吸波器、反射镜/偏折器、光学相控阵天线、超材料/超表面器件、超透镜、轨道角动量(OAM)器件、光频率梳、片上激光器等.可用于微纳光电子器件设计和分析的...     

油墨红外光谱相似度与计算机配色精度的关系研究

为了获得高精度的配色样品,提出了一种配色方法-成分分析配色法。该方法将化学分析法与计算机配色相结合,其核心是选取与目标色成分最接近的油墨进行配色,从而实现高精度的色彩匹配,为计算机配色发展提供新的思路。与目标色成分相近的油墨配色效果验证：使用某种油墨印制目标色,并用相同的油墨进行配色,以实现目标色成分与配色色样成分的一致性。使用三个不同品牌的油墨对目标色进行配色,比较配色精度及效率。使用泗联牌三种颜色油墨以任意比例通过印刷适性仪IGT-CI(荷兰)印制目标色,这些目标色包括间色和复色,各3个色样;使用配色软件X-Rite color master(美国)建立泗联、东洋、牡丹三个品牌油墨的配色基础数据库,并对不同目标色进行配色。结果表明使用与目标色相同的泗联油墨的配色精度远高于东洋、牡丹两个品牌的油墨,配色色差整体都很小,校正1～2次就能得到小于1.0的色差,最小达到0.36,几乎实现了目标色的同色同谱匹配。实验验证了成分分析配色法的核心“选取与目标色成分最接近的油墨进行配色,可以实现高精度色彩匹配”的可行性。判别目标色与配色油墨在成分上区别的化学分析工具探讨：为了判别目标色色料与配色油墨在成分上有区别,尝试使用“红外光谱相似度”作为判别的分析工具。使用红外光谱仪Thermo Nicolet 6700(美国)测出泗联、东洋、牡丹三个品牌的三种颜色油墨的红外光谱图,使用OMNIC软件中的相关性算法得到它们与目标色油墨的红外光谱相似度,并计算出平均相似度;将各品牌油墨的红外光谱相似度与其配色实验的精度进行对比分析,评价红外光谱相似度作为化学分析判别工具的有效性。结果表明泗联牌油墨与目标色的平均红外光谱相似度为100%,东洋的为86.53%,牡丹的为64.63%。当校正次数相同时,泗联油墨配色色差最小,配色精度最高;东洋次之,是泗联油墨配色色差的2倍左右;牡丹最差,是泗联油墨配色色差的3倍以上。配色结果与其红外光谱相似度的规律是一致的,目标色油墨与配色油墨之间的红外光谱相似度越高,越容易得到高精度的配色样品。实验证明了用成分分析配色法获得高精度的色彩匹配是可行的,使用红外光谱相似度作为目标色与配色油墨在成分上的分析工具对判别配色精度是有效的。今后的工作将探讨红外光谱相似度与配色精度间的相关性数值关系,以及进一步寻求更为有效的化学分析方法来判断目标色色料与配色油墨之间的成分关系。     

Tone-mapping and dynamic range compression using dynamic cone response

Over the last several decades, the tone-mapping and color correction methods have been incorporated into the display device such as LCD/LED display device or the photographic print. However, conventional methods are based on Gray-World Assumption using spatial smoothing filter to estimate the local illumination component. For this reason, most of these methods have several problems like visual perception problem, scale the contrast, gray-out, color distortion (dominate color, halo-artifact) and so on. Accordingly, this paper presents a color correction method using the dynamic cone response function based on human visual perception. The proposed method consists of tone-mapping and dynamic cone response. The tone-mapped image is obtained by using chromatic and achromatic colors. Thereafter, the resultant image is processed through the dynamic cone response function, and it is to estimate the dynamic response of human eye as well as to deal with mismatch between a real scene and the rendered image. The experimental results show that the proposed method yields better performance of color correction over the conventional methods.     

CMYK防伪印刷微镜阵列

以印刷微镜的反射亮度、反射稳定性和CMYK颜色模式为基础,建立了一种新型的CMYK印刷微镜结构模型。利用微镜表面函数的雅可比行列式和梯度函数,对模型的表面反射亮度和稳定性进行了分析评价。结果表明:该结构模型表面函数的雅可比行列式近似为0,梯度函数随坐标变化而变化。因此,此结构模型表面的反射光具有足够大的亮度和稳定性,适用于创建基于位置和角度变化来改变光变图案反射密度的光学防伪效果。设计了一幅由不同CMYK印刷微镜组成的防伪光变图案,模拟了该防伪图案的印刷微镜阵列结构。     

1keV以下的电子荧光及四极彩色荧光显示器结构探讨

本文分析了开发彩色荧光显示器(VFD)所存在的问题;论述了带螺旋端点阴极、前发光型四极平板VFD的结构;探讨了在新型VFD中使用Y2O2S:Eu、ZnS:Cu,Al和ZnS:Ag为三基色发光材料、在阳极电庄≤1keV时实现彩色显示的原理,并给出了一个有十二种发光颜色的频谱显示器件的实例.     

Color Conversion Method for Multiprimary Display Using Matrix Switching

The range of reproducible color, i.e., color gamut, of conventional three-primary display devices is sometimes insufficient for reproducing the natural color of an object through color imaging systems. A multiprimary display is being developed for the purpose of reproducing an expanded color gamut using more than three primary colors. In this paper, a color conversion method is proposed to reproduce the natural color by additive mixture of multiprimary colors. The multiprimary color signal in this conversion method is calculated from the three-dimensional color coordinates CIE-XYZ, considering the dynamic range of each primary color. Divided into some linear elements from the polyhedral color solid of the multiprimary display, the conversion considering the constraint of the dynamic range can be performed by simple calculation without iterative calculation or a huge three-dimensional look up table. A fast computation method with a two-dimensional look-up-table is also presented. Using the proposed method, the result of the color reproduction is experimentally demonstrated by a six-primary projection display.     

Semi-Ellipsoid Nanoarray for Angle-Independent Plasmonic Color Printing

Employing a silver nano semi-ellipsoid nanoarray with high symmetry into applications in plasmonic color printing, we fulfill printing images with colors independent of observing angles. Also, by decreasing the period of a nano semi-ellipsoid array into deep-subwavelength scales, we obtain high reflectivity over 50%, promising high efficiency for imaging generations. A facile technique based on the transfer of anodized aluminum oxide template is developed to fabricate the silver nano semi-ellipsoid nanoarray, realizing plasmonic color printing with features of low cost, scalable, full color and high flexibility. Our approach provides a feasible way to address the angledependent issue in the previous practice of plasmonic color printing, and boosts this field on its way to real-world commercial applications.     

基于InP/ZnS核壳结构量子点的色转换层设计及制作

提出了采用环境友好型InP/ZnS核壳结构量子点材料制备匹配蓝光Micro-LED阵列的量子点色转换层以实现Micro-LED阵列器件全彩化的技术方案。通过采用倒置式量子点色转换层方案,实现了InP/ZnS量子点材料和Micro-LED阵列的非直接接触,从而可以缓解LED中热量聚集导致的量子点材料发光主波长偏移、半峰宽展宽以及发光效率衰减等问题。量子点色转换层中内嵌PDMS聚合物柔性膜层,可以消除咖啡环效应,同时,色转换层中内嵌飞秒激光图案化处理的500 nm长波通滤光膜层,可以抑制蓝光从非蓝色像素单元出射。最后,实验制备了像素单元中心间距90μm的16×16 InP/ZnS量子点色转换层。该设计可以实现基于蓝光Micro-LED阵列的全彩色Micro-LED显示器件的制备,并且该制备方法可以降低全彩色Micro-LED阵列显示器件的制备成本。     

微正方形角锥棱镜定向反射特性

对微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的特性进行了理论研究和模拟。证明了其定向反射特性 ,并利用几何光学方法解决了全反射条件对入射孔径角的限制 ,以及单元有效反射面积对定向反射率的影响问题 ,同时也给出了阵列器件表面反射对定向反射率的影响。为了便于比较 ,也给出了微三角形角锥棱镜阵列定向反射器的单元反射面积。所得结果为微正方形角锥棱镜阵列定向反射器的制作提供了理论依据。     

Electro-chromic effects in alkali metal bronze crystals

Electric field induced switching between two distinct color states has been observed on the surfaces of some alkali metal bronze crystals. Both color states are permanent and require no sustaining voltage. Color reversal is accomplished by reversing the polarity of the applied pulse. Typically, a 50 msec switching speed is achieved with less than 5V and current densities of the order of mA.s/cm². These electrochromic effects are visually dramatic enough to make them potentially useful for a variety of reflective display applications.