Upside-down configuration works!
Our collaborative work with Soochow U (China) & TU/e (the Netherlands) is out in Nano Lett.! / メタ表面作製面と基板反対面に発光層を形成することで、メタ表面直上に形成するよりも2.5倍の取出し効率を上げられることを見いだした成果がNano Lett. に掲載されました！ Fluorescent dye films on transparent substrates are essential for OLEDs, flexible displays, X-ray detection, and wireless optical communications. However, their efficiency is often hampered by fluorescence trapping due to total internal reflection (TIR) and waveguiding. This study tackles this longstanding challenge by reconceptualizing the integration of dye films with nanoantenna metasurfaces. Traditional methods involve directly spin-coating films onto c-Si metasurfaces on quartz substrates, resulting in edge luminescence and weak inner signals. We present a straightforward, adjustable approach by integrating dye films on the opposite side of quartz substrates, reaching a 2.5-fold photoluminescence enhancement and improving the uniformity of the emission compared to the conventional methods. These gains stem from redirecting a significant portion of leaked fluorescence light trapped inside the substrate into free space, surpassing TIR conditions through in-plane diffraction orders of the metasurfaces across the full RGB spectrum. Our findings facilitate the design of more efficient luminescent devices. / 透明基板上の蛍光色素膜は、OLED、フレキシブルディスプレイ、X線検出、およびワイヤレス光通信に不可欠です。ただし、その効率は、全反射（TIR）と導波による蛍光トラッピングによって妨げられることがよくあります。この研究では、色素膜とナノアンテナメタサーフェスの統合を再概念化することで、この長年の課題に取り組んでいます。従来の方法では、石英基板上のc-Siメタサーフェスに膜を直接スピンコーティングするため、エッジ発光と弱い内部信号が発生します。私たちは、石英基板の反対側に色素膜を統合することで、従来の方法と比較して2.5倍の光ルミネセンス増強を達成し、発光の均一性を向上させる、簡単で調整可能なアプローチを提示します。これらの利点は、基板内に閉じ込められた漏れた蛍光光の大部分を自由空間にリダイレクトし、RGBスペクトル全体にわたるメタサーフェスの面内回折次数を通じてTIR条件を上回ることに由来します。私たちの研究結果は、より効率的な発光デバイスの設計に役立ちます。this work is supported by NSFC-JSPS bilateral collaboration funding (JPJSBP120247409)
Efficient Redirection of Trapped Broad-Band Fluorescence from Substrates into Free Space Using c-Si Metasurfaces, Yiheng Zhai, Chaojie Xu*, Zhenghe Zhang, Peng Li, Shunsuke Murai, Jaime Gómez Rivas, Xiaofeng Li*, Shaojun Wang* Nano Lett. 2024, ASAP https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03294