Аннотация
Цветовая гамма, двухмерное (2D) цветовое пространство, состоящее в основном из цветов и насыщенности (HS), закладывает наиболее важную основу для цветных дисплеев и полиграфической промышленности. В последнее время мета-поверхность рассматривается как перспективная парадигма для нанопечати и голографической визуализации, демонстрирующая субволновое разрешение изображения, плоский профиль, высокую прочность и многофункциональность. Много усилий было направлено на расширение самолета 2D HS, также известного как карта ЦИЕ. Однако, яркость (B), как носитель информации о хиароскуроскопии, долгое время игнорировалась в нанопечати или голограммах на основе метасферы из-за сложности реализации произвольного и одновременного контроля полноцветной HSB настройки в пассивном устройстве. Здесь мы сообщаем о диэлектрической мета-поверхности из кристаллических наноблоков кремния, которая обеспечивает не только индивидуальное покрытие основных цветов красного, зеленого и синего (RGB), но и контроль интенсивности отдельных цветов.
Таким образом, цветовая гамма экструдируется из 2D CIE в полноценное пространство 3D HSB. Кроме того, благодаря независимому контролю интенсивности и фазы RGB, мы можем также показать, что однослойная кремниевая поверхность может одновременно демонстрировать произвольное цветное нанопечатание HSB и полноцветное голографическое изображение.
Введение
Цвет является одним из важнейших свойств зрительного восприятия человека. Для окрашивания материала обычно используют краситель или пигмент, цвет которого происходит от селективного впитывания материала в видимую полосу. Еще одним способом получения цвета является использование наноструктур, которые могут конструктивно влиять на падающий свет. Это явление называется структурным цветом1. Для реализации структурных цветов предлагаются различные плазменные и диэлектрические наноструктуры, используемые в цветной печати с преимуществами низкой стоимости, меньшим количеством необходимых материалов, маловолновым разрешением, большей термо- и радиационной стойкостью и др.
Важной и инстинктивной целью разработки является создание структурных цветов, способных воспроизводить все цвета в практическом мире. Поскольку цвет определяется тремя присущими ему достоинствами, а именно оттенком, насыщенностью и яркостью (HSB)16 , основным необходимым требованием к технологии структурной цветопередачи является генерация цветов по требованию во всем трехмерном пространстве HSB (3D), которое строится из плоскости цвета и насыщенности (HS) (т.е. цветового пространства CIE 1931) и оси яркости (см. рис. 1). Однако в ранее продемонстрированных структурных цветах с использованием наноструктур реальная настройка цвета HSB еще не получила должного внимания. В частности, в большинстве предыдущих работ были предприняты многочисленные усилия по созданию различных цветов, охватывающих всю видимую область путем изменения геометрических размеров, таких как диаметр, высота и период, что привело лишь к постепенному увеличению цветовой гаммы в плоскости ГТС, но не к настройке яркости (B). В этих конструкциях, как только значения H и S цвета установлены, соответственно устанавливается значение B, т.е. их цвета могут собираться только в определенной плоскости HS, но не во всем пространстве 3D HSB.
Предложены подходы, основанные на использовании крупномасштабных пикселей для управления яркостью структурных цветов, однако конечные размеры пикселей в этих подходах составляют десятки и сотни микрометров (даже больше, чем в коммерческих дисплеях), лишенные основного преимущества высокого разрешения искусственных структурных цветов.
Поверхности представляют собой двумерные наноструктуры с исключительной способностью контролировать свет в наном масштабе. В данной статье мы предлагаем использовать кристаллические кремниевые (c-кремниевые) поверхности для реализации цветной печати субмикронного разрешения с цветовой настройкой HSB (т.е. цветная печать HSB) путем непрерывной интенсивной настройки трех основных цветов - красного, зеленого и синего (RGB). Разрешение при цветной печати HSB может достигать ~ 36 000 точек на дюйм. Кроме того, в дополнение к регулировке интенсивности, наша конструкция также позволяет осуществлять независимый фазовый контроль каждого компонента RGB. Благодаря этому свойству, два произвольных изображения цветной печати HSB и полноцветная голограмма интегрируются в одну и ту же мета-поверхность.
- Считается, что эти захватывающие открытия способствуют развитию современных технологий обработки изображений с увлекательным применением дисплеев.
Результаты
Общая концепция цветовой структуры HSB
Наши структурные цвета образованы мета-поверхностями кремниевых наноблоков, пиксели которых состоят из трех основных компонентов RGB с непрерывной регулировкой интенсивности каждого (Дорога 1 на рис. 1а). В соответствии со стандартной концепцией добавочного смешивания цветов с компонентами RGB, цвет, который может покрыть все пространство интенсивности RGB, равняется цвету, покрывающему все пространство HSB (рис. 1b). В отличие от этого, если не регулировать интенсивность цвета (как это было в большинстве предыдущих исследований), яркость цвета будет задаваться после проектирования оттенка и насыщенности, в результате чего настройка цвета будет ограничена в одной предварительно заданной плоскости яркости пространства HSB (2D настройка цвета, рис. 1b).
Разработанные мета-поверхности позволяют не только расположить цвет в произвольной части пространства интенсивности RGB (т.е. пространства HSB), но и позволяют независимо генерировать произвольные значения в пространстве фазы RGB (Дорога 2 на рис. 1а). Этот факт указывает на то, что мы расширяем пространство манипулирования основными цветами с одного (пространство интенсивности) до двух (пространства интенсивности и фазы). Это не только двуэкранный дисплей с глубоким L-образным разрешением, но и полезные приложения, такие как наностеганография, с печатным изображением в качестве обложки и голограммой в качестве скрытой информации.
Оставайтесь с каналом Наука 2.0 , дальше больше !
