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使用Lumerical STACK求解器設(shè)計抗反射圓偏振器

LD18688690737 ? 來源:Ansys 光電大本營 ? 2023-04-15 09:09 ? 次閱讀

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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(shè)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

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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(dǎo)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:

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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(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。

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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(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:初步測試

本步驟的主要目的是確保仿真被正確設(shè)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。

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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(xué)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。

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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:

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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現(xiàn)更好的抗反射性能,這與論文[1]一致。






審核編輯:劉清

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原文標題:使用 Ansys Lumerical STACK 仿真抗反射偏振器件

文章出處:【微信號:光電資訊,微信公眾號:光電資訊】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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