Stampa multicolore in scala centimetrica con cavità ottica pixelata

Un processo innovativo che utilizza la scrittura laser in scala di grigi consente di ottenere colori vividi e regolabili con precisione su scala centimetrica

Stampa a colori in scala centimetrica con litografia in scala di grigi

I colori strutturali derivano dalle interazioni tra luce e nanostrutture. L’ingegneria dei colori strutturali è un campo di ricerca promettente e in rapida espansione. Rispetto alla tecnologia di verniciatura convenzionale che utilizza coloranti chimici, il colore strutturale ha una gamma più ampia di applicazioni tecnologiche per la gestione del colore. Grazie in parte alla sua eccellente durata, il colore strutturale offre un percorso ecologico per la stampa a colori.

Quando la gestione del colore richiede un’elevata risoluzione spettrale o una larghezza di banda spettrale controllabile, i progetti di dispositivi fotonici si basano su vari meccanismi fisici come l’interferenza multistrato, la diffrazione, la risonanza plasmonica e gli effetti della cavità Fabry-Perot (F-P). L’effetto della cavità F-P in particolare ha attirato l’interesse scientifico. Rispetto ad altre tecnologie, i colori generati dalla cavità F–P di solito hanno meno diafonia, maggiore chiarezza. 

Per le applicazioni di stampa a colori, sono state ampiamente studiate cavità F-P di tipo sia a riflessione che a trasmissione con spessore del distanziatore spazialmente variabile. La fabbricazione di cavità F-P pixelate si è basata principalmente sulla litografia a fascio di elettroni (EBL) e sui processi correlati. La tecnica basata su EBL ha un’elevata risoluzione spaziale, ma il processo di fabbricazione richiede solitamente molto tempo, quindi la maggior parte delle dimensioni dei campioni riportate sono minuscole, su scala submillimetrica. La produzione rapida di dispositivi di stampa a colori di tipo F-P di grandi dimensioni con un’elevata risoluzione spaziale rimane una sfida.

Come riportato in  Advanced Photonics Nexus , i ricercatori della Southern University of Science and Technology (SUSTech) di Shenzhen hanno recentemente sviluppato un metodo per ottenere la stampa a colori in scala centimetrica utilizzando la litografia in scala di grigi. L’immagine colorata con più componenti di colore viene prima convertita in un modello predefinito in scala di grigi e quindi incisa sullo strato di fotoresist controllando la dose di esposizione durante il processo di scrittura laser in scala di grigi.

Gli strati distanziatori di fotoresist pixelati sono inseriti tra due film sottili di nastro semitrasparente per formare le cavità F-P. Il colore di trasmissione può essere regolato continuamente nel regime spettrale visibile controllando finemente lo spessore dello strato di fotoresist. Nel regime visibile, l’efficienza di trasmissione delle cavità F-P fabbricate è compresa tra il 39% e il 50%. La cavità F-P pixelata in modalità di trasmissione è anche un ottimo candidato per creare array di filtri colorati, che possono essere utilizzati per l’imaging spettrale.

Secondo quanto riferito, il processo di litografia laser in scala di grigi di nuova concezione sfrutta la velocità di fabbricazione e la risoluzione spaziale delle cavità F-P pixelate. Secondo l’autore corrispondente, il professor Guixin Li, “Il dispositivo di stampa a colori per grandi aree proposto può avere un grande potenziale in applicazioni pratiche come display a colori, imaging iperspettrale, pittura avanzata”.

Leggi l’articolo originale Gold Open Access di Y. Chen, Y. Li, et al., ” Stampa a colori in scala centimetrica con litografia in scala di grigi “,  Adv. Fotone. Nexus  1 (2), 026002 (2022), doi  10.1117/1.APN.1.2.026002 .