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2021年微纳结构色流行趋势


上一期我们介绍了微纳结构色,一种纯物理色彩(点击“如何认识光栅结构色,它的社会价值在哪里”),介绍了微纳结构色的种类,以及为什么光栅结构色能够得到迅速大量的普及和应用,还向大家介绍了光栅结构色的制作方法,光栅结构色的优点和缺点,为了更好的发挥光栅结构色的特点,充分融入包装印刷及防伪设计,凸现美学、视觉艺术效果,用好、用对光栅结构色,有必要对微纳结构光栅作进一步的了解,并对未来2021年光栅结构色的发展趋势做一些预判。

 

一、光栅的衍射特性

 

光栅是一种使入射光的振幅、相位、偏振(或它们的组合)受到空间调制的物理结构。当一束白光在穿透光栅或被光栅反射时,有一部分光会发生偏转,而且白光中不同的波长(颜色)的偏转角也不同,因而产生了色散。

 

这就是光栅结构色的色彩基础,人们通常见到的素面、光柱、碎玻璃、透镜(猫眼)雨丝等等所谓的激光全息效果都是光栅结构色的不同编排形式。最基础的光栅结构为一维光栅,其特点是在单个光源下能产生对称两个方向的衍射色彩。

 

 

一维光栅结构具有单向性,可以通过微小象素单元一维光栅的旋转角度变化,使衍射光产生角度发生变化。可以说一维光栅是所有动态、立体、透镜、扩散纹、放射纹的效果的基础单元。

 

 

二维光栅结构是两组一维光栅相互叠加的结果,能产生多个衍射角度分布,以两正交一维光栅叠加为例,通常可以产生8个衍射方向。

 

 

这种光栅结构具有相对宽广的彩虹视觉效果,是目前包装及装饰市场应用最广泛的光栅结构色,俗称“素面”代号“D38”。不管是一维还是二维光栅,整齐均一的分布都给人感觉是一个“素面”通常作为印刷底材,或点缀性局部烫印来增加印刷效果,能够非常方便友好的融入传统的包装印刷设计中去,因而成为十多年来应用推广量最大的光栅结构色种类。

 

 

光栅还有另一种衍射特性,改变光栅的密度可以改变色散的带宽,即光谱原色的纯度。

 

不同光栅密度的衍射角和衍射色散变化

 

由此可见,低密度光栅的一级衍射光谱较窄,色彩纯度相对较弱,但低密度光栅具有2级甚至3级衍射,但能量相对较低。而高密度光栅衍射角较大,衍射光谱较宽,色彩纯度较高,但是因为衍射角度增加,会造成视觉色彩“盲区”,观察角度也会变得更狭小,根据光栅衍射方程:

 

d(sinβ±sinθ)=mλ(m=0,±1,±2……)

 

式中:d为光栅周期,β为光线入射角,θ为衍射方向与法线的出射角,m为衍射级数,λ为衍射波长)

 

可以看出当光栅周期小于300纳米时,一级衍射可见光部分颜色将偏离出2π视场范围,(这里可能回答了一些人认为半导体光刻机已经能刻几十纳米甚至几纳米了,你这里的光刻怎么只做到300纳米的疑问)。

 

基于上述光栅结构色衍射特性,将不同周期频率的一维光栅通过像素化组合可以表现类似RGB液晶显示的真彩色图形。详情点击《微纳结构色无墨印品通用技术规范》团体标准T/CAB CSISA0025-2019。

 

二、结构色应用现状

 

从成本和便于图形化设计考量,包装印刷行业仍然以光栅结构色为主;手机电子行业大多采用多层干涉薄膜(PVD工艺)结构色;光子晶体结构色会在防伪、服装和其它工艺装饰领域得到应用。

 

光栅结构色目前流行的主要类型:

 

 

以上数据来自多家大型超市快消品统计,素面光栅和光柱之所以多年一直占据包装印刷主流地位,是因为其制造成本更低,和印刷容易结合,能够起到较好的印刷的增效作用。其它金属浮雕、透镜由于条纹深度较深造成工艺成本差别以及大多需要定位印刷,因而推广成本相对素面光柱之类的光栅结构色要高。

 

在社会经济高速增长变化的时代,人们对于任何一款视觉装饰产品应用生命周期都变得十分短暂,人们很容易视觉疲劳,沿用至今近20年的素面光栅结构色已经堪称奇迹,当然更希望能够看到新的变化,苏州印象正是推动光栅结构色发生变化的探路者。

 

三、2021年光栅结构色发展趋势预测

趋势一:

随着胶印冷烫,数码烫印技术的普及,光栅结构色将进一步融入印刷包装设计中去,成为印刷重要的一“色”,因而,可以随图文形貌大小切割的“素面”和各种类型的光柱仍然会成为主流的光栅结构色应用。而光柱作为印刷底“色”会更加追求不同的周期节距(目前大多数是50mm节距),清亮无衍射色彩的“光柱”将更受欢迎。

 

苏州印象制作的200mm节距光柱

 

趋势二:

抛弃纷繁复杂的设计,原先缤纷色彩的素面光栅结构色显得媚俗,市场将更倾向于用简洁素雅结构色来提升包装的档次,具体做法是采用透光油墨将光栅结构色的艳丽光谱色彩进行压制,或在光栅结构色上采用逆向光油磨砂工艺,也称为AG效果,使成品透出淡雅柔和的光变色彩。

 

图片来源于网络

 

小米11采用(PVD)多层薄膜干涉结构+AG雾面效果

 

趋势三:

金属浮雕(俗称铂金浮雕)专版将继续受到追捧,但是由于模压方式限制及专版成本原因,加上精细化不高的图文设计实际效果类似于更容易实现的具有触感的机凹凸工艺,所以金属浮雕在烟包市场用量仍然不会很高,酒包成本压力加大,可能转移至标签或定位烫印市场。

 

苏州印象微纳结构金属浮雕效果的IMR模内定位转移标签

 

趋势四:

由于目前大多数光栅结构色应用仍然是配合印刷在使用,作为印刷辅材,成本的敏感性非常高,任何增加成本的结构色效果都会遭遇市场推广的限制,这一趋势将严重阻碍微纳结构色新技术的研发动力,(点击阅读“是什么在制约中国的防伪技术?”)所以无成本的创新本身就是一个伪命题。做减法,减少印刷工艺,减少油墨的使用,做简约的包装,做本色的包装是降低成本的最好途径。类似无墨印品的理念还需要漫长时间积淀,更需要平衡财富获取和社会责任感的担当,或许未来可期。

 

苏州印象设计的无墨印品标签

 

四、2021年“素面”光栅结构色将呈现多样化个性化

 

谈到“素面”,大多数人都以为就只有那张“九头鸟”正交素面,代号D38,然而2021年起,素面将不再唯一。

 

 

2020年12月8号,苏州印象在北京国家会议中心“第十六届证卡票签的安全技术展览会”期间发布了十多款新型的素面光栅结构色,其中主要有:

 

晶彩素面:采用两组一维光栅正交镶嵌技术,获得四个衍射方向的色彩分布,相对传统素面,色彩更纯净。

 

素雅素面:采用高低光栅密度混频设计,将衍射色彩饱和度降低,显得结构色更加素雅美观。

 

低角素面:采用更高频率的光栅设计,使得照明和衍射色彩角度更小,便于侧向俯视观察,这种素面专为鞋类、轮毂、鱼竿等特殊装饰场所设计,作为普通包装应用其色彩具有一定的隐藏性。

 

单向素面:一维光栅结构,在某一个角度会看见一个特别亮的衍射色彩,更多看到的是一个亮银颜色,这种素面更有一种神秘感。

 

磨砂素面:将光栅色彩和混频沙银进行叠加光刻,获得类似UV逆向光油或AG磨砂质感,使衍射色彩更加淡雅,实际使用能够降低印刷成本。

 

混频素面:将2~3个不同周期频率的光栅进行混合光刻,使衍射光谱颜色叠加产生混合颜色;

 

多向素面:通过多个角度来均匀分布光栅象数结构,产生4个或者8个衍射方向

 

低频素面:低密度光栅结构,能产生更多的衍射级次,能产生很特别的混合色彩。

 

波动素面:一个非常有创意的设计,通过光栅角度的微细调制,产生一定波光粼粼的素面彩色效果。

 

高频素面:超高密度光栅结构,能产生特殊的偏振和零级“衍射”现象,视觉效果独特,多用于防伪设计应用。

 

亮银素面:通过光栅像素点占空比调节,留出更多的镜面空间,以降低衍射色彩为代价,保留明亮镜面烫印效果。

 

加密素面:采用象元光刻技术,将像素点符号化,局部或全面加入个性化LOGO,隐藏加密信息用以防伪或保护开发版权。

 

微纳结构色无墨印品幻彩(素面)系列

 

为什么新型“素面”光栅结构色市场应用如此之广,却鲜有人做这方面的开发,原因大致有以下几个方面。

 

1.“素面”光栅结构色具有均一特性,对光刻制版设备精度要求较高,纳米结构稍有误差,就容易看出色差,发现不均匀,而且光刻时间长,成功率低。(点击链接“苏州印象研发升级高精度光刻制版设备”

 

2.“素面”光栅结构色的价值是要做直刻大版,“素面”光栅结构目前还不能够通过拼版拼接来做出肉眼发现不了的无缝大板。

 

3.洁净的大面积光刻胶底片都难以获得,米级光刻胶版单张采购价达几万元一块不等,而且也不能保证零瑕疵。

 

4.面积越大成本越高,成功率越低,不但需要大型高精度光刻机,对光刻环境的洁净度,供电网的稳定性要求也极高。

 

5.米级“素面”光栅很难做到无瑕疵。需要反复多次制作才能偶得一块比较好的大版。

 

6.版权难以保障,投入高昂代价做出的大版很容易被廉价的复制盗版,不但可以镍翻版,现在有很多膜翻版,真是道高一尺魔高一丈,做防伪的企业也难保自己投入巨资开发的母版被侵权盗版。十多年,D38素面光栅母版从海外采购入镜价格是50万美元+每年的权益金收取,如今这张母版已是遍地开花,版权完全处于“非正常流通”。这也是影响新型“素面”光栅版开发者信心的重要障碍。

 

苏州印象始终以“让视界尽现真美”为使命,不断引领微纳光学包装防伪新趋势,首次预测展望2021年结构色流行趋势,这还有待于大家一同验证这一趋势的准确性,我们必将持续付出自己最大努力,力争成为微纳光学包装防伪行业更具价值的服务供应商。

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