Ansys Lumerical | 使用 STACK 仿真抗反射偏振器件

本示例专注于使用 Lumerical STACK公式求解器设计抗反射圆偏振器，以有效减少 OLED 显示器在户外使用时的环境光反射。设计圆偏振器可确保光线更具定向性，从而增强 OLED 显示器的对比度和亮度。

OLED显示器配置的环境光反射

OLED（有机电激发光二极管）显示器底部的金属电极用于增加光提取效率。然而，这种配置也加剧了环境光反射问题，尤其是在户外使用时，对比度显著下降。被设计的圆偏振器旨在针对特定线性偏振模式的光，通过最小化反射率，减小OLED显示器的环境光反射。

圆偏振器的工作原理




在本示例中，多层OLED结构示意图简化为一个金属反射器（图1所示）。入射线性偏振光经过半波片转变为30°线偏振光，随后通过四分之一波片转为圆偏振光。回反射眩光最终变为相对于线性偏振的正交偏振，被线偏振器阻挡。反射过程可分解为两部分，R1表示空气/偏振器界面的反射，而R2则与圆偏振器相关。

设计改进策略

一种简化策略是添加折射率（n = 1.5）的仿生层（图2），此值接近线性偏振器的折射率。添加该层使得在有或无人工层情况下的圆偏振器总反射率几乎保持一致。随后，通过脚本命令将STACK Solver的反射率（棕色箭头）转化为R2（蓝色箭头），以突出优化焦点。

偏振器和波片的材料特性

需要注意，偏振器和波片由各向异性材料制成，这意味着其折射率在不同方向上各不相同。在STACK Solcer中，中介电常数张量的有效旋转充分考虑了各向异性的极化/慢轴特性，确保设计准确性。

初步测试

首先进行初步测试，确保仿真设置正确且验证圆偏振器的抗反射性能，即在正入射时性能优化（图3）。我们选择波片厚度优化目标波长为0.55μm的反射最小化。反射光谱中的微小波纹指示法布里珀罗共振。

角度扫描策略

进一步分析涉及扫入射角度（θ和φ），描绘圆偏振器的反射特性，尤其对于在几何光学工具（如Ansics SPEOS）中评估视角范围内的显示器性能非常有用（图4）。通过对介电常数张量的旋转扫描入射角（phi），生成参数为波长和入射角度（θ和phi）的反射率。

结果分析与优化

结果显示不同角度下的反射率均值（图4中的Rave的极坐标图），明确指出反射率随着入射角度的增加而增大，此类情况会导致抗反射膜层性能的限制。参考论文（[1]），我们进一步探究两种不同的各向异性薄膜性能。

薄膜参数的优化

通过调制 nz 值范围从1.5到0.5（图5），提供测试结果。在此范围内， nz  = 0.5展现出在所有入射角度下均具有最佳抗反射性能的特性，与论文的结论一致。

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