使用 Ansys Lumerical STACK 仿真抗反射偏振器件

抗反射圆偏振器设计用于OLED显示器的环境光反射减缓技术


摘要

本文将介绍如何使用Lumerical STACK求解器设计抗反射圆偏振器，以减缓由OLED显示器底部金属电极带来的环境光反射问题。常见情况下，金属电极可增强光提取效率，但同时也引发了不利的环境光反射，导致室外使用时显示器对比度显著降低。本文特展示了一种通过最小化特定线偏振光反射的解决方案，并详细阐述了设计过程中涉及的关键技术和步骤。




结构与工作原理

作为简化示例，多层OLED结构以金属反射器形象表示。当线性偏振光穿过线性偏振器时，其将被变换为约30°的偏振光，随后经过四分之一波片后变为圆偏振光。此过程使得反射后光的偏振与入射光正交，从而被削弱。反射光由两部分组成：R1代表空气/偏振器界面的反射，而R2则与特定的圆偏振器有关。本研究聚焦于如何有效最小化R2，进一步的技术细节请参照原文。

结构优化

通过引入折射率为1.5的假想层（如图2所示）来分解R1与R2。如此选择旨在使偏振器在有、无人工层条件下产生几乎相同的总反射率，以确保抑制反射的效果不受此结构层的直接影响。通过将反射率指令从STACK Solver中的棕色箭头转换到代表R2的蓝色箭头，实现了对各向异性材料在STACK Solver中的充分模拟和表现。

参数扫查与性能评估

设计过程包括初步测试和角度扫查两步。在初步测试阶段（见图3），整理了模型在正入射状态下的反射光谱，通过调整四分之一波片厚度（以0.55μm为目标波长的反射最小化）以验证圆偏振器的有效性。此外，观察到复杂的多层膜系统在特定波长附近可能出现的细小波纹，这常与法布里珀罗共振相关。

在角度扫描步骤中（参照图4），通过脚本命令旋转介电常数张量并扫描入射角（φ），得到了作为波长和角度（θ和φ）函数的反射率。Visualizer工具则提供了R_ave的极坐标图览，帮助评估Rs和Rp的平均反射率。研究发现，随着入射角θ的增加，反射率R亦相应增加，预示着在较大入射角下抗反射膜层的有效性或有所降低。

各向异性薄膜研究

为了进一步理解影响抗反射性能的关键因素，文章重点分析了两种不同各向异性薄膜特性，尤其是参数Nz（定义为（nxNz）/（nxny））。通过图5中展示的Nz范围从1.5至0.5的扫描结果，论文发现理想的Nz值为0.5，能够实现所有入射角下更优的抗反射效果，与文献[1]报告的结果一致。

结论与参考文献

本文具体介绍了使用Lumerical STACK求解器设计抗反射圆偏振器的技术方法，解决了OLED显示器在室外应用中的环境光反射问题。通过详细的步骤概要和简明的视觉辅助资料，旨在实现出色的光提取效率与极佳的对比度，以满足在室外条件下对OLED显示质量的严格要求。所有技术分析与结果解释均着力于确保方案的有效性和实用性，为未来性能优化和应用拓展提供了坚实的基础。为了深入了解Ansys Lumerical 2023 R1版本的新功能、性能与应用范围，请参考相关活动与论文推荐[1]。

关键词

抗反射圆偏振器，环境光反射减少，OLED显示器，Lumerical STACK求解器，设计优化，性能评估，各向异性材料。