Lumerical & SPEOS 非理想偏振片模擬

Lumerical & SPEOS 非理想偏振片模擬

一體黑偏振片應用

偏振片如果再1/2波片及1/4波片不同波長下的位相差未達到最優,且兩個波片的軸向搭配也未達到最佳的時候,偏光片無法對大視角入射光進行消偏,進而出現大視角色偏。

早期的PMOLED產品只有單色、雙色等,對於偏光片的要求只是單純降低外界反射光,並沒有對其提出需達到整體黑態的要求。當時使用的偏光片只需要一般Polarizer搭配1/4λ波片就可以滿足需求。而到了現在AMOLED的階段,產品已經是全彩色,而且對比度達到了10000:1以上,這就要求偏光片能夠實現全面隔斷外界可見光譜,從而達到一體黑的效果。

SPEOS理想偏振片模擬

SPEOS的Polarization的材料,可以模擬偏振片的理想光阻斷效果,透過瓊斯矩陣的設置,來描述偏振片的材料。達到水平線偏,垂直線偏,1/2和1/4偏振等光學反應的效果。但由於是由數學式所建構的偏振片,因此無法模擬非理想的部分偏光效果。

Lumerical & SPEOS整合模擬流程

Lumerucal可以透過腳本將偏振片堆疊層的模擬結果,轉換為SPEOS的TXT格式,匯入之後再進行視覺化的模擬,以達到非理想偏振片的模擬應用。

Lumerical 模擬流程

Lumerucal的STACK模組可以處理不同膜材的堆疊層,在平行波的照射下的穿透與反射的行為,為了模擬出偏振片在不同波長具有的不同偏光反映,將三層不同的偏振片(PVA, ½, ¼),各波長的折射率(Nx,Ny, Nz)與厚度資料在Lumerical中建構。

我們設定兩種偏振片的組合來進行比對,分別命名為IDEA和REAL,我們將這兩種偏振片的組合分別用平行波去打,並透果Lumerical的遠場的接收器去解出其光學的反射結果

SPEOS可見光波長加成

Lumerical只能計算出波的反射形式和各角度的能量分布,但無法求得其顏色與環境的光罩效果,處理方式為,將SPEOS的Lambertian白色光源,輸出為數據格式,導入Lumerical進行資料加成的動作,此動作可視為以Lambertian的可見光照射偏振片產生的結果。

Lumerical結果輸出至SPEOS

將Lumerical的資料相乘結果利用腳本輸出為數據資料。資料顯示各波長在各Phi & Theta 角上的能量分布,使用SPEOS的Photometric Lab的功能。將數據以顏色與能量分布的視覺化效果呈現。

SPEOS視覺化模擬效果呈現

將兩個不同膜片組合的模擬結果(IDEAL & REAL),使用SPEOS的Variable Emittance非均質光源分佈的功能,將結果以光源發散的形式呈現。

設定環境光源與Sensor位置,以模擬在環境中照射的結果。將模擬結果的中心色度座標為目標, Sensor的角度為尺規維度的變量,來控制接收器的旋轉角度,以觀測不同角度對色度變化的影響。使用Workbench,將變量與目標設定迴圈運算。SUN 與SENSOR角度變量為0° 10° 20 ° 30 ° 40 ° 50 ° 模擬得出個不同角度的色度座標值。

SPEOS模擬結果比對

比較兩個不同偏振片組合(IDEAL & REAL)在不同角度的模擬結果:

 

0° vs 10°

20° vs 30°

40° vs 50°

總結

如附表所示,IDEAL的偏振片,相較REAL在能量上有較高的反射,IDEAL在顏色的表現上整體偏紅,而且有在大角度的情況也有較大的色偏現象。

本案透過Lumerical的功能來模擬偏振片的堆疊與材料光學反應,以補足SPEOS在非理想偏振片上的不足。腳本與數據的整合讓Lumerical的模擬結果透過SPEOS的視覺化效果呈現,完善偏振片在一體黑的議題上的模擬應用。