Creator: Mari Dein
Color perception: a fascinating subject combining biology, physics, and psychology
Source : https://leclairage.fr/th-vision/
The perception of color by the human eye is a remarkable phenomenon resulting from detection by the photoreceptors of the retina, called cones.
There are three types of cones in the human eye, each with a different spectral sensitivity, enabling them to detect different wavelengths of light.
These cones are sensitive to the colors red, green and blue, and it is the interpretation of the signals from these three types of cones by the brain that allows us to perceive colors.
The CIELAB color space is a three-dimensional representation of colors that seeks to correspond as closely as possible to the human perception of colorimetric differences. Each color in this space is represented by a point defined by three coordinates: L, a, and b.
CIELAB Space contact details
- L: This value represents brightness or clarity, ranging from 0 (black) to 100 (white). This aspect of the CIELAB space helps to differentiate colors on a light scale.
- a and b: These two coordinates define the color itself in the CIELAB space. The value a represents the position between green and red, while the value b represents the position between blue and yellow.
The Cartesian distance between two points in this space is used to match human perceptions of color differences, which explains why this model is so useful for comparing colors.
https://www.researchgate.net/figure/CIE-LAB-1976-color-space_fig2_263697963
When Colour Becomes a Technological Challenge
In the watchmaking, jewelry, eyewear or high-end decorative object sectors, color is not just an aesthetic choice: it is a criterion of differentiation, a marker of quality, and often, a technical challenge.
To meet these requirements, l’Atomic Layer Deposition (ALD) is establishing itself as a disruptive technology.
Why the ALD for Decorative Diapers?
L’ALD permet de déposer des couches minces avec une précision atomique, même sur des géométries complexes comme les cadrans texturés ou les verres bombés. Cette technologie offre :
🎯 Un contrôle d’épaisseur extrême, essentiel pour la stabilité des couleurs par interférence.
🌀 Une excellente uniformité et conformité, même sur des pièces 2.5D ou à forte topographie.
🌈 Des effets optiques riches et dynamiques, grâce à l’interférence lumineuse maîtrisée.
🧪 Une compatibilité avec une large gamme de matériaux (Al₂O₃, TiO₂, SiO₂…).
La Couleur, une Science de la Précision
Les couleurs par interférence dépendent directement de l’épaisseur optique des couches. Une variation de seulement 1 % peut suffire à rendre une différence visible à l’œil nu. Grâce à l’ALD, il est possible de maintenir cette variation sous 0,5 %, même en production.
📏 Exemple : Un empilement Al₂O₃/TiO₂ de 500 cycles chacun permet d’obtenir une couleur stable avec une tolérance ΔE < 1 dans l’espace CIELAB.
Relation entre Variation d'Épaisseur et Variation de Couleur
La couleur obtenue par dépôt ALD dépend fortement de l’épaisseur optique des couches déposées. Cette relation est particulièrement critique dans les applications décoratives où la précision colorimétrique est essentielle.
🔬 Pour les monocouches (ex. TiO₂ sur substrat réfléchissant), la variation de couleur ΔE est directement liée à la variation d’épaisseur optique Γ. Une courbe en V est observée lorsque l’on trace ΔE en fonction de Γ. Une variation de ΔE = 1 correspond typiquement à une tolérance d’épaisseur de ΔΓ/Γ₀ ≈ 1.1 %.
📘 Exemples de tolérances :
– ΔΓ/Γ₀ = 1.1 % : différence à peine perceptible
– ΔΓ/Γ₀ = 3 % : différence visible
– ΔΓ/Γ₀ = 1.2 % : seuil critique pour les applications de haute précision
🧪 Pour les bicouches (ex. Al₂O₃ + TiO₂), la relation entre ΔE et Γ devient non injective. Cela est dû aux différences spectrales des indices de réfraction et aux réflexions multiples aux interfaces diélectriques. Toutefois, pour de faibles variations, ΔΓ reste un excellent indicateur de stabilité colorimétrique.
📊 Exemple expérimental : 500 cycles Al₂O₃ + 500 cycles TiO₂ sur wafer silicium de 200 mm avec une tolérance d’épaisseur < 0.5 %, assurant ΔE < 1 dans l’espace CIELAB.
Ces considérations permettent de définir des seuils de tolérance pour garantir une reproductibilité industrielle des couleurs, tout en exploitant les effets optiques dynamiques permis par l’ALD.
Quelles couleurs peuvent être créées ?
Toutes les couleurs ne peuvent pas être créées par dépôt ALD !
En effet, pour une combinaison donnée de substrat et de matériaux diélectriques (ayant des propriétés optiques fixes), les couleurs obtenues dépendent uniquement de l’épaisseur des couches déposées.
Dans l’espace colorimétrique CIELAB, cela signifie que les couleurs réalisables ne remplissent pas tout l’espace, mais se situent sur des objets géométriques bien définis :
- Pour une monocouche diélectrique, les couleurs possibles forment une courbe dans l’espace L*a*b*.
- Pour une bicouche (deux matériaux diélectriques), les couleurs réalisables forment une surface dans cet espace.
Cela implique que certaines teintes ne sont tout simplement pas accessibles avec une combinaison donnée de matériaux et de substrat. La conception de la couleur passe donc par une ingénierie optique rigoureuse, combinant itérativement simulation et expérimentation.
Ces contraintes ouvrent néanmoins la voie à une personnalisation fine et reproductible des couleurs, en jouant sur les épaisseurs et les empilements de couches, ainsi que sur la sous-couche du substrat.
La machine Encapsulix C200 a été conçue pour répondre aux exigences de l’industrie décorative :
⚙️ Architecture single-platter pour un dépôt homogène et rapide.
🔁 Répétabilité exceptionnelle (σ < 0,3 % sur plusieurs cycles).
🌡️ Contrôle thermique avancé, crucial pour les pièces 3D.
📈 Stabilité à long terme prouvée sur plusieurs mois de production.
🔍 Compatibilité avec la métrologie in situ, pour un contrôle en temps réel.
👉 Forts de notre connaissance approfondie de la machine et des procédés ALD, nous accompagnons nos clients dans le développement et l’optimisation de recettes, en tenant compte des contraintes spécifiques de leurs pièces, matériaux et objectifs industriels.
Vers un Contrôle Avancé et Intelligent
Encapsulix intègre des solutions d’Advanced Process Control (APC) avec métrologie in situ. Cela permet d’ajuster le dépôt en temps réel, garantissant une couleur parfaite, cycle après cycle, sans compromis sur la cadence de production.
L’ALD n’est plus une technologie de niche.
Grâce à Encapsulix, elle devient un outil industriel puissant pour les marques qui veulent allier design, performance et reproductibilité.
Pour vos projets décoratifs les plus exigeants, l’ALD est la réponse et Microtest/Encapsulix, votre partenaire.