使用Lumerical STACK求解器設(shè)計(jì)抗反射圓偏振器

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說(shuō)明

在本示例中，我們將展示使用Lumerical STACK求解器來(lái)設(shè)計(jì)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(qiáng)光提取效率，然而它也會(huì)帶來(lái)環(huán)境光反射的不利影響，導(dǎo)致顯示器在室外使用時(shí)對(duì)比度降低。在本例中，演示了使用圓偏振器來(lái)最小化具有特定線(xiàn)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(jiǎn)單起見(jiàn)，多層OLED結(jié)構(gòu)由金屬反射器表示。入射到線(xiàn)性偏振器上的光在傳播通過(guò)半波片之后變成30°線(xiàn)偏振，然后在通過(guò)四分之一波片之后變成圓偏振。反射光最終將變得相對(duì)于線(xiàn)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(guān)。在本例中我們將關(guān)注如何最小化R2，關(guān)于R1的最小化，請(qǐng)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(xiàn)性偏振器的折射率，使得圓形偏振器在有或沒(méi)有人工層的情況下的總反射幾乎相同。然后，我們將通過(guò)腳本命令將反射率從STACK Solver（棕色箭頭）轉(zhuǎn)換為R2（藍(lán)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(guò)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)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(cè)試

本步驟的主要目的是確保仿真被正確設(shè)置，并驗(yàn)證圓偏振器在正入射時(shí)的抗反射性能。通過(guò)腳本可以繪制圓偏振片在正入射時(shí)的反射光譜，選擇波片的厚度以使目標(biāo)波長(zhǎng)為0.55μm時(shí)的反射最小，圖3中可以得到證實(shí)。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(guò)掃描入射角（θ和φ）來(lái)表征圓偏振器的反射特性，在幾何光學(xué)工具（如Ansys SPEOS）中根據(jù)視角進(jìn)一步評(píng)估顯示器的性能時(shí)很有用。腳本將通過(guò)旋轉(zhuǎn)介電常數(shù)張量掃描入射角（phi），然后給出作為波長(zhǎng)和角度（θ和phi）函數(shù)的反射率。

圖4

通過(guò)查看Visualizer工具可以查看R_ave的極坐標(biāo)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(shí)就會(huì)失效。

接下來(lái)，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(guān)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(shí)現(xiàn)更好的抗反射性能，這與論文[1]一致。

審核編輯：劉清