▌R1 在光輻射調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控的空間輻射光譜表征
柔性顯示 微球腔 光致發光增強 量子點 空間輻射光譜 回音壁模式
【概述】2019 年，一篇發表于 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 量子點薄膜發光調控 領域的*進展。
圖1，介電微球腔陣列（MCA）結構的兩種效應及對熒光輻射的調控
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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，調控了量子點的內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，實現量子點薄膜熒光性能 3 個數量級的提高。這為具有高效、柔性、全色、可穿戴特點的新一代量子點發光及顯示器件，奠定了一定的研發基礎。
【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 及定向天線效應調控 QD/PDMS 量子效率的實驗結果如圖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，結果顯示，樣品的輻射角度被控制在垂直于樣品的 ±4.5° 以內（圖3b）。微球通過控制樣品的定向輻射，顯著提高了散射光發射的方向性，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，實現自由空間的大耦合效率，觀測到腔膜調控的微區熒光光譜（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 及定向天線效應調控 QD/PDMS 量子效率的實驗結果
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【總結】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了柔性量子點薄膜發光增強技術，并對可見光波段 R/G/B 三色量子點薄膜發光增強，在 RGB 多色混合和三層堆疊薄膜結構中實現了高效白光定向發射增強，獲得 3 個數量級的熒光增強系數，為提升柔性發光及顯示器件的性能提供了新的方案。
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 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光的角度限制在 9° 范圍內，并因此提高了發光薄膜外量子效率。這為基于介電微球腔結構的光輻射調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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