详解小米9全息幻彩的光学技术原理

产业的发展离不开CMF（色彩、材料、工艺）

这几天在手机领域，一个被称为“纳米全息幻彩”的词有点火，2月20日，“长得又好看又能打“的米9，在北京工业大学奥林匹克体育中心首发，场面甚是火爆。

（2月20日发布会排队火爆场面）

关于这款小米9的工艺介绍文章大家可以查看：小米9震撼发布，设计亮点汇总，全息幻彩工艺揭秘

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那么纳米全息幻彩到底是什么呢？

首先我们要了解什么是全息，从百度到教科书都有大量的全息知识介绍，大多是关于三维全息照相，全息防伪标签，全息镭射……实在没有一个靠谱的说法，那么全息究竟是什么呢。

根据维基百科上的定义，全息（holography）是一个技术名词，指通过相干光（激光就是其中一种）干涉原理记录和查看图像，当合适地将其呈现时，便可以精确地再现被记录物体的三维外观。

（苏州印象制作的消色彩3D全息影像）

也就是说，当两束相关光汇聚在一起，可以产生明暗相间的干涉条纹，这种条纹密度很高，可以达到微米甚至纳米量级。这种微纳米量级的干涉条纹就是一种光栅结构，这种光栅结构既可以根据设计再现三维立体影像，也可以对白光的进行色散分离，称之为光的衍射。

（光栅对自然白光的衍射色散）

这就是所谓纳米全息幻彩的来源。

（小米9纳米全息幻彩背板解析，视频时长1分钟）

对于不同的光栅组合可以有不同的衍射级数，就光栅本身而言，还有光栅表面形貌、深度、占空比等都可以产生不同的衍射效果。

（一维正弦光栅在万倍原子力显微镜下的形貌）

白光照射不同光栅结构，会产生不同的衍射视场，这就需要设计师从美学艺术角度去设计把控，有效管理这些衍射出来的彩虹光，使之能够达到所需要的工艺效果。如果你想要达到只需要某种波长颜色，不要出现彩虹色，那就需要更复杂的结构设计，就目前比较前沿的科技研究表明，难度非常大，至少还不适合量产，一旦解决，那PVD真空镀膜就彻底完完了。

目前纳米光栅设计制作主要有面阵干涉、点阵干涉，成像投影光刻以及单光束直写等方法。

面阵干涉曝光是比较传统的全息光栅制作工艺，其特点是效率高，速度快，无象素分辨率概念，光栅连续没有象素间隔，光栅条纹频率调整灵活，但是缺点也很明显，如图形化控制不方便，对环境震动影响比较大，曝光区域需要超精密防震隔离设计等，对操作人员的经验积累要求非常高，堪比外科手术大夫。

（苏州印象的面阵全息曝光系统）

与之对应的是点阵光刻系统，其点阵就好比是显示屏上的象素点，象素点形状可以是圆形，矩形，六边形等任意几何图案。每一个象素点可以设置不同的空间频率（密度）、角度方向，这样做最大的好处就是可以灵活的进行数字化、图像化控制处理，可以调节光栅的占空比，来调节衍射光和反射光的能量比，还可以实现彩虹色的浓淡渐变，衍射角度渐变（小米9的做法）。

目前业界较多从荷兰、德国、哥伦比亚等地采购了多种风格的光刻设备来制作，大多是半导体光刻设备照搬或沿革而来，他们的光刻精度、性能和纹理的表现力各有千秋，但是都存在图案设计的瓶颈，就是从设计美学到光刻工程图纸的编译。

（苏州印象自主研发的微纳全息幻彩光刻机）

（苏州印象研发的纳米全息幻彩纹理）

既然幻彩来自光栅衍射，那么制作光栅的手段就有很多了，也不一定需要全息的工艺，比如，激光直写，投影曝光，掩膜光刻等等；甚至不一定用激光，比如电子束（e-beam）、离子束（ion beam）、金刚石CNC加工，都可以制作出不同分辨率的光栅。这些光栅都可以产生不同的衍射效果。

所以，所谓“纳米全息幻彩”实际上就是一种高密度光栅产生的微纳结构色彩。其实这项技术早就被大量应用在防伪标签、烟草包装，证卡安全领域，只不过是一次跨领域的展现。其创新点在于针对消费电子产品的全新设计，对时尚流行色彩的领悟和把握。

从技术层面上讲，复杂的光栅设计可以表达更符合现代审美要求的变化色彩、动感图文和三维立体，这可能是未来的发展方向。

（苏州印象研发的3D真彩色人物肖像面部微纳光栅结构设计）

素材来源 | 苏州印象

作者 | 江南旧少

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