▌R1 在光輻射調(diào)控中的應用利用介電微腔陣列對柔性量子點薄膜進行高效熒光調(diào)控的空間輻射光譜表征
柔性顯示 微球腔 光致發(fā)光增強 量子點 空間輻射光譜 回音壁模式
【概述】2019 年，一篇發(fā)表于 Advanced Optical Materials 的封面文章——《Over 1000-Fold Enhancement of the Unidirectional Photoluminescence from a Microsphere-Cavity-Array-Capped QD/PDMS Composite Film for Flexible Lighting and Displays》，報道了柔性 量子點薄膜發(fā)光調(diào)控 領域的*進展。
圖1，介電微球腔陣列（MCA）結(jié)構(gòu)的兩種效應及對熒光輻射的調(diào)控
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文章基于柔性量子點薄膜表面的介電微球腔陣列，分別利用介電微球腔的 WGM 效應和定向天線效應，調(diào)控了量子點的內(nèi)量子效率和外量子效率，成功地將定向輻射角度控制在 9° 范圍，實現(xiàn)量子點薄膜熒光性能 3 個數(shù)量級的提高。這為具有高效、柔性、全色、可穿戴特點的新一代量子點發(fā)光及顯示器件，奠定了一定的研發(fā)基礎。
【樣品 & 測試】圖2 為微球-空腔陣列(MCA)包封的 QD/PDMS 復合膜合成過程（圖a, b）和形貌圖（圖c）。首先，以 9~11nm 商用 CdSe/ZnS 量子點作為發(fā)光源，以高吸附力的 PDMS 作為聚合物基體，通過混合-旋涂-加熱流程，實現(xiàn)了厚約 6~120μm 的三色 QD/PDMS 復合薄膜的制備（圖2a）。然后，將高折射率微球噴到 QD/PDMS 復合膜上，用 3M 低粘膠帶機械剝離多次，利用范德華力和靜電力在薄膜表面制備六角密鋪單層微球腔陣列（圖2b），再次加熱薄膜以達到微球陣列機械粘附力要求。
圖2，微球-空腔陣列(MCA)包封的 QD/PDMS 復合膜合成過程（圖a-b）和形貌圖（圖c）
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微球腔 WGM 及定向天線效應調(diào)控 QD/PDMS 量子效率的實驗結(jié)果如圖3所示。作者通過角分辨熒光光譜，表征樣品的空間輻射特性，結(jié)果顯示，樣品的輻射角度被控制在垂直于樣品的 ±4.5° 以內(nèi)（圖3b）。微球通過控制樣品的定向輻射，顯著提高了散射光發(fā)射的方向性，進而提高了 QD/PDMS 的外量子效率。作者再通過將激勵激光聚焦到微球邊緣，實現(xiàn)自由空間的大耦合效率，觀測到腔膜調(diào)控的微區(qū)熒光光譜（圖3c）。此外，實驗還證實了 QD/PDMS 的膜厚度和微球直徑對量子效率的增強存在關鍵影響。
圖3，微球腔 WGM 及定向天線效應調(diào)控 QD/PDMS 量子效率的實驗結(jié)果
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【總結(jié)】綜上，作者利用介電微球腔的光學回音壁諧振效應和定向天線效應實現(xiàn)了柔性量子點薄膜發(fā)光增強技術，并對可見光波段 R/G/B 三色量子點薄膜發(fā)光增強，在 RGB 多色混合和三層堆疊薄膜結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)了高效白光定向發(fā)射增強，獲得 3 個數(shù)量級的熒光增強系數(shù)，為提升柔性發(fā)光及顯示器件的性能提供了新的方案。
圖4，復享 R1 系統(tǒng)對文中角分辨熒光光譜的表征
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在微球腔定向天線效應提高 QD/PDMS 外量子效率的實驗表征中，復享光學的 R1 角分辨光譜測量系統(tǒng) 是空間輻射光譜表征的有力工具：通過 空間輻射光譜 表征，證實定向天線效應可以將光致發(fā)光的角度限制在 9° 范圍內(nèi)，并因此提高了發(fā)光薄膜外量子效率。這為基于介電微球腔結(jié)構(gòu)的光輻射調(diào)控技術的研究提供了強有力的支撐。▌
【參考文獻】
? Yang, Lixue, et al. "Over 1000‐Fold Enhancement of the Unidirectional Photoluminescence from a Microsphere‐Cavity‐Array‐Capped QD/PDMS Composite Film for Flexible Lighting and Displays." Advanced Optical Materials (2019). Link
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