使用Lumerical STACK求解器設計抗反射圓偏振器

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說明

在本示例中，我們將展示使用Lumerical STACK求解器來設計抗反射圓偏振器，以減少OLED顯示器的環(huán)境光反射。

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綜述

OLED顯示器的底部金屬電極可以用于增強光提取效率，然而它也會帶來環(huán)境光反射的不利影響，導致顯示器在室外使用時對比度降低。在本例中，演示了使用圓偏振器來最小化具有特定線偏振的光的反射[1]。圓偏振器的配置和工作原理如下所示：

圖1

為了簡單起見，多層OLED結(jié)構(gòu)由金屬反射器表示。入射到線性偏振器上的光在傳播通過半波片之后變成30°線偏振，然后在通過四分之一波片之后變成圓偏振。反射光最終將變得相對于線性偏振器的偏振正交偏振，因此被其阻擋。

反射光可以分解為兩部分，如圖1所示。R1表示空氣/偏振器界面處的反射，R2與圓偏振器相關。在本例中我們將關注如何最小化R2，關于R1的最小化，請參閱原文。

為了分解R1和R2，一種方法是添加折射率為1.5的人工層，如下圖所示。

圖2

折射率1.5被選擇為接近線性偏振器的折射率，使得圓形偏振器在有或沒有人工層的情況下的總反射幾乎相同。然后，我們將通過腳本命令將反射率從STACK Solver（棕色箭頭）轉(zhuǎn)換為R2（藍色箭頭）。

偏振器和波片由各向異性材料制成，這意味著它們的折射率在不同方向上可能不同。通過旋轉(zhuǎn)相應的介電常數(shù)張量，在STACK Solver中充分考慮了極化/慢軸的旋轉(zhuǎn)。

步驟1：初步測試

本步驟的主要目的是確保仿真被正確設置，并驗證圓偏振器在正入射時的抗反射性能。通過腳本可以繪制圓偏振片在正入射時的反射光譜，選擇波片的厚度以使目標波長為0.55μm時的反射最小，圖3中可以得到證實。反射光譜中的小波紋可以歸因于多層膜的法布里-珀羅共振。

圖3

步驟2：角度掃描

在該步驟中，通過掃描入射角（θ和φ）來表征圓偏振器的反射特性，在幾何光學工具（如Ansys SPEOS）中根據(jù)視角進一步評估顯示器的性能時很有用。腳本將通過旋轉(zhuǎn)介電常數(shù)張量掃描入射角（phi），然后給出作為波長和角度（θ和phi）函數(shù)的反射率。

圖4

通過查看Visualizer工具可以查看R_ave的極坐標圖像，即Rs和Rp的平均值。我們可以發(fā)現(xiàn)，入射角θ越大反射越高，這意味著抗反射膜層在入射角越大時就會失效。

接下來，參考論文[1]，我們研究了兩種不同的各向異性薄膜：

圖5

Nz是各向異性材料薄膜的關鍵參數(shù)之一，其定義為（nx-Nz）/（nx-ny）。掃描了Nz從1.5到0.5的結(jié)果，從上圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)Nz=0.5可以在所有入射角下實現(xiàn)更好的抗反射性能，這與論文[1]一致。

審核編輯：劉清