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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

在1/2波片和1/4波片的位相差未達到最優且兩個波片軸向搭配也未達到最佳情況下,偏振片無法有效地消除大視角入射光偏振,從而導致色偏現象出現。

 

早期的PMOLED產品只有單色和雙色等較簡單之顯示模式,對偏光片的要求只是單純地降低外界反射光,不需要達到整體黑態效果。當時所使用的偏光片只需要搭配一般偏光器和1/4λ波片即可滿足需求。然而,現今AMOLED產品已實現全彩顯示且具有高達10000:1以上對比度,因此需要偏光片能夠完全隔絕外界可見光譜,從而實現全面黑態效果。

SPEOS理想偏振片模擬

SPEOS的Polarization材料能夠模擬偏振片理想光阻隔效應,通過設置瓊斯矩陣來描述偏振片材料,以達到水平線偏、垂直線偏、1/2和1/4偏振等光學反應效果。但由於該偏振片是由數學公式所構建,因此無法模擬非理想的部分偏光效應。

Lumerical & SPEOS整合模擬流程

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

Lumerical 模擬流程

Lumerical的STACK模組能夠處理不同膜材堆疊層,模擬平行波照射下的穿透和反射行為。為了模擬出偏振片在不同波長下不同偏光反應,於Lumerical中建立了三層不同的偏振片(PVA、1/2、1/4),並提供各種波長折射率(Nx、Ny、Nz)與厚度資料。

為了進行比較,我們設定了兩種偏振片的組合:IDEA和REAL。使用平行光線對這兩種偏振片進行照射,並透過Lumerical的遠場接收器解析其反射光學效果。

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,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進行資料加成動作,此動作可視為以Lambertian可見光照射偏振片產生之結果。

使用Intensity sensor IESNA計算繞射光型,並設定這一個光型在狹縫出口處,做為遠場光線出光面後,透過載入.xmp檔案的光強分布,將繞射光型可視化。

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Phi & Theta 角上能量分布,使用SPEOS中Photometric Lab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中Variable Emittance非均質光源分佈功能,將結果以光源發散形式呈現。

設定環境光源與Sensor位置,以模擬在環境中照射效果。視中心色度座標為目標、Sensor角度為尺規維度變量,來控制接收器的旋轉角度,以觀測不同角度對色度變化之影響。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 ° 模擬得出各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:

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在顏色表現上整體偏紅,且在大角度情況下也有較大色偏現象。

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