陳思博， 周璇， 黃盆盛， 陳方中， 朱吉亮， 阮志毅， 霍丙忠*

（1.中國(guó)科學(xué)院 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院， 廣東 深圳 518000；2.深圳市三利譜光電科技股份有限公司 研發(fā)中心， 廣東 深圳 518107；3.河北工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院， 天津 300401）

1 引言

對(duì)現(xiàn)代各類顯示系統(tǒng)而言，偏振光偏振態(tài)的穩(wěn)定傳輸是其能夠展現(xiàn)出優(yōu)秀顯示效果的重要因素之一。理想狀態(tài)下的垂直入射不必考慮斜入射時(shí)補(bǔ)償膜相位延遲的改變，但在實(shí)際光路中，斜入射時(shí)入射光偏振態(tài)的傳輸與保持是影響視角、色差等現(xiàn)象的重要因素。例如虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual reality， VR）元宇宙設(shè)備，隨著折疊光路光學(xué)系統(tǒng)的提出，設(shè)備逐漸向輕薄化發(fā)展，在其光機(jī)系統(tǒng)中，最重要的膜材之一便是1/4波片（Quarter wave plate， QWP）與反射偏振片。在近眼顯示的實(shí)際場(chǎng)景中，屏幕所發(fā)出的光不可能永遠(yuǎn)保持垂直入射的狀態(tài)，因此在大角度的斜入射狀態(tài)下，偏振光經(jīng)過補(bǔ)償膜后偏振態(tài)的變化逐漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。除此之外，在有機(jī)發(fā)光二極管（Organic light emitting-diode display， OLED）顯示屏等需要使用1/4波片的顯示器件中，斜入射下1/4波片補(bǔ)償能力的減弱也會(huì)造成大視角漏光及色偏等現(xiàn)象，影響最終顯示效果。

根據(jù)Yang等人的研究［1-4］，斜入射下正交偏光片的漏光是不可避免的現(xiàn)象，其可以使用波平面的有效偏振角描述，而解決漏光最有效的方式便是使用補(bǔ)償膜。將出射時(shí)偏振態(tài)偏離檢偏器吸收軸的偏振光通過相位延遲補(bǔ)償?shù)姆绞?，盡可能地被檢偏器吸收。但是，引入補(bǔ)償膜的方法同樣會(huì)為系統(tǒng)帶來二級(jí)問題：斜入射下補(bǔ)償膜的相位延遲差異與色散［2］。補(bǔ)償膜的相位延遲差異與波平面的有效偏振角類似，屬于膜材本身的屬性，一般很難改變；而色散則可以通過生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制。

RQWP膜材是一種擁有逆色散曲線的PC（Polycarbonate）材質(zhì)1/4波片（日本Teijin公司生產(chǎn)）。對(duì)于一般的光學(xué)膜材而言，隨著入射波長(zhǎng)的逐漸增加，膜材本身所展現(xiàn)的相位延遲會(huì)逐漸降低，理想狀態(tài)下膜材的相位延遲應(yīng)該與入射光的波長(zhǎng)成正比。換言之，隨著入射波長(zhǎng)的逐漸增加，相位延遲逐漸增加才能最大程度地保持偏振光偏振態(tài)的穩(wěn)定傳輸［4］。RQWP擁有與理想逆色散曲線較為相近的色散曲線，但是斜入射下的偏振態(tài)保持仍然不盡如人意。

學(xué)術(shù)界有使用1/4波片和1/2波片（Half wave plate， HWP）疊加改善OLED反射色相的方案［5-6］，這種方案雖然使用兩種膜材的“中和”效應(yīng)使出射光盡可能地被吸收，但是對(duì)于膜材本身的折射率系數(shù)NZ（NZ=（nx－nz）/（nz－ny）=0.5，nx、ny，nz分別為膜材3個(gè)主軸方向的折射率）具有較高的要求，而補(bǔ)償膜一般通過拉伸樹脂原材進(jìn)行生產(chǎn)，所以對(duì)生產(chǎn)制造工藝而言，折射率的精準(zhǔn)控制是很難解決的問題。不僅如此，對(duì)于VR折疊光路而言，如果使用1/4波片+1/2波片的組合產(chǎn)生圓偏振光，則光路系統(tǒng)中偏振光的偏振態(tài)變化變得更加復(fù)雜，會(huì)增加光學(xué)設(shè)計(jì)的難度。因此，我們逐漸將目光轉(zhuǎn)向面內(nèi)折射率相同，厚度方向折射率存在差異（nz≠nx≈ny）的C-plate［7］。斜入射時(shí)，由于nz≠nx，C-plate厚度方向存在的相位延遲RTH（RTH=（（nx+ny）/2－nz）×d，d為膜材厚度）在理論上會(huì)對(duì)斜入射下偏振態(tài)傳輸穩(wěn)定性的提升有一定的幫助。經(jīng)過進(jìn)一步的模擬和測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過使用C-plate可以將NZ≠0.5的補(bǔ)償膜補(bǔ)償至NZ=0.5的優(yōu)異狀態(tài)，這對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中直接生產(chǎn)NZ=0.5的補(bǔ)償膜有很高難度的現(xiàn)實(shí)問題而言是一種較為有效而方便的嘗試。綜上所述，本文通過理論模擬加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，利用C-plate在厚度方向的相位延遲，探究了斜入射狀態(tài)下C-plate對(duì)RQWP偏振態(tài)傳輸特性的優(yōu)化。

2 理論方法與模擬結(jié)果

學(xué)術(shù)界對(duì)光在各向異性介質(zhì)中的傳播有大量研究［8-11］。對(duì)于偏振光在多層各向異性光學(xué)膜材之間的傳輸過程的研究，最實(shí)用的方法便是瓊斯矩陣方法［12-15］。在瓊斯矩陣中，偏振光與各類光學(xué)器件均可使用矩陣形式表示，而光在光學(xué)膜材中的傳播過程也可在數(shù)學(xué)上通過矩陣相乘來表示。

但是瓊斯矩陣也存在弊端。傳統(tǒng)的瓊斯矩陣只能計(jì)算入射光垂直入射至膜材堆疊時(shí)的情況，無法描述離軸狀態(tài)。Berreman 4×4矩陣方法［16］則是較為全面的方法。雖然Berreman的方法能夠精確描述多層膜之間的反射與透射，但是4×4矩陣往往需要更大量的科學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)推導(dǎo)。本文使用A.Lien的擴(kuò)展瓊斯矩陣方法［13-15］計(jì)算斜入射下線偏振光通過雙層膜材后出射光的橢圓率e，并通過e的數(shù)值判斷出射光的偏振態(tài)。橢圓率e的范圍為（0，1］。當(dāng)e=1時(shí)，偏振光為圓偏振光；當(dāng)橢圓率趨近于0時(shí)，偏振光為線偏振光；當(dāng)0＜e＜1時(shí)，為橢圓偏振光。因此根據(jù)橢圓率的大小可以快速判斷偏振光的偏振態(tài)，同時(shí)也可表征波片對(duì)偏振態(tài)傳播的能力。

A.Lien開發(fā)擴(kuò)展瓊斯矩陣的最初目的是為了計(jì)算斜入射下扭曲向列相（Twisted nematic， TN）液晶盒的光學(xué)特性。在建模時(shí)，將一定厚度的TN液晶分為多層，每一層看作是液晶指向矢朝固定方向（光軸）排列的各向異性層。本文所研究的補(bǔ)償膜同樣為各向異性光學(xué)層，因此，A.Lien在文獻(xiàn)中所描述的液晶分子指向矢方向即可認(rèn)為是本文中所研究補(bǔ)償膜的光軸方向。經(jīng)過瓊斯矩陣［17-18］的計(jì)算，對(duì)于出射光而言，其最終形式為式（1）所表示的瓊斯矢量形式：

其中：δx與δy分別為偏振分量的相位，Ax與Ay分別為偏振分量的振幅。定義如下形式的復(fù)數(shù)χ，用于描述出射光的偏振態(tài)：

偏振橢圓的傾角α與橢圓度角β可用于描述偏振光的偏振態(tài)，定義如下［1-2］：

其中：Re［χ］代表實(shí)部，Im［χ］代表虛部，|χ|代表式（2）的模。根據(jù)式（2）～（4），橢圓率e可通過對(duì)橢圓度角β進(jìn)行反三角函數(shù)計(jì)算解出：β=arctane。因此，可根據(jù)計(jì)算得出的出射光瓊斯矢量分別提取其實(shí)部與虛部進(jìn)行橢圓率e的計(jì)算。

本文使用兩種RTH的液晶（Liquid crystal，LC）涂布型C-plate（Liquid crystal coated C-plate，LCC）LCC1、LCC2（日本DNP公司生產(chǎn)）與RQWP進(jìn)行搭配測(cè)試，使用Axoscan相位差測(cè)試設(shè)備（Axometrics公司生產(chǎn)）實(shí)測(cè)3種膜材在550 nm入射光下的折射率，如表1所示。

根據(jù)表1中的參數(shù)以及上文提到的理論計(jì)算方法，我們使用Fortran語(yǔ)言進(jìn)行編程和數(shù)值計(jì)算工作。在550 nm入射光的條件下，豎直線偏振光通過RQWP慢軸方向與入射光偏振方向呈45°的膜材堆疊后，出射光的橢圓率在RQWP、RQWP+LCC1和RQWP+LCC2三種情況下呈現(xiàn)出較大差別，如圖1所示。

圖1 根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所模擬的出射光橢圓率全輻角分布圖Fig.1 Distribution diagram of the ellipticity of the outgoing light simulated according to the measured data

圖1（a）、（b）、（c）分別為RQWP、RQWP+LCC1與RQWP+LCC2條件下出射光的橢圓率分布圖。左側(cè)縱軸為入射光的極角θ變化，圓周外的角度坐標(biāo)代表入射光方位角?的變化。圖1中顏色越紅代表橢圓率越趨近于1，顏色越藍(lán)代表橢圓率越趨近于0。從圖1不難看出，通過膜材的出射光橢圓率在全輻角范圍內(nèi)是連續(xù)變化的，并不會(huì)出現(xiàn)突變。

3種條件下圖像整體均呈“斜十字”狀。圖1（a）中橢圓率e＞0.9的區(qū)域在方位角為45°、225°時(shí)可達(dá)到60°極角，而在135°、315°時(shí)為20°極角。對(duì)比圖1（a）與（b）、（c）不難發(fā)現(xiàn)，LCC膜的存在會(huì)擴(kuò)大橢圓率e＞0.9的區(qū)域。而不同RTH的LCC也存在差異。根據(jù)表1中的折射率數(shù)據(jù)，LCC1的RTH≈-95 nm，LCC2的RTH≈-125 nm，兩種膜材存在大約30 nm的相位差。當(dāng)入射光為斜入射時(shí)，光線在膜材堆疊中通過的實(shí)際距離l大于膜材堆疊的實(shí)際總厚度D。因此，圖1（b）、（c）兩圖中，LCC膜雖然都可以擴(kuò)大整體出射光的橢圓率范圍，但是圖1（c）在0°、90°、180°、270°方位角處、70°以上極角范圍內(nèi)仍然存在橢圓率e≈0.5的部分區(qū)域。從LCC1與LCC2的橢圓率模擬圖中可以看出，LCC1對(duì)RQWP的優(yōu)化效果要優(yōu)于LCC2。

對(duì)于OLED或VR折疊光路的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景而言，斜入射光的入射角的定義在60°極角范圍以內(nèi)，所以本文后續(xù)的理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證均在45°極角、全方位角的條件下進(jìn)行分析。將模擬數(shù)據(jù)中入射光以45°極角入射下3種膜材架構(gòu)全方位角的橢圓率進(jìn)行點(diǎn)線作圖，如圖2所示。

圖2 入射光以45°極角入射后，出射光的全方位角橢圓率模擬分布圖。Fig.2 Simulated overall angular ellipticity distribution of outgoing light after incident light at 45° poler angle

從圖2可以明顯看出，在入射光以45°極角入射時(shí)，RQWP在全方位角的出射光橢圓率峰值小于0.85，表明RQWP本身的圓偏振光轉(zhuǎn)化能力在45°極角時(shí)有較大下降。而曲線B、C表明，LCC膜材確實(shí)能夠提升RQWP在入射光大極角入射時(shí)出射光的橢圓率，能夠使更多的圓偏振光出射，LCC2膜甚至還可以將最大橢圓率提升至1附近（圖2中藍(lán)色曲線），這也是實(shí)際應(yīng)用中最想得到的結(jié)果。對(duì)比A、B曲線的峰值，LCC1能夠提升10%的橢圓率，而二者對(duì)RQWP橢圓率的優(yōu)化也存在差異，圖1（c）中橢圓率e≈0.5的部分較圖1（b）更大，從整體效果來看，LCC2要遜色于LCC1。在圖2的B、C兩條曲線中，C曲線的最大值ecmax=0.985 75，最小值ecmin=0.780 17；B曲線的最大值ebmax=0.975 82、最小值ebmin=0.821 6。不難看出ecmax與ebmax僅相差0.009 93，ebmin與ecmin相差0.041 43。對(duì)于整體效果而言，當(dāng)兩者最大值較為接近而最小值有明顯差距時(shí)，LCC1膜展現(xiàn)了整體較為優(yōu)異的橢圓率補(bǔ)償特性。產(chǎn)生這一差異的原因與綜合膜材RQWP+LCC1與RQWP+LCC2的折射率以及NZ系數(shù)［19］有很大關(guān)系。

根據(jù)文獻(xiàn)［5］的報(bào)道，膜材折射率系數(shù)NZ=0.5時(shí)，1/2波片與1/4波片所組成的OLED圓偏光片具有最小的反射率，這就意味著NZ=0.5的圓偏光片能夠出射更多的圓偏振光。而本文提到的兩種綜合膜材RQWP+LCC1與RQWP+LCC2通過LCC對(duì)RQWP在厚度方向的相位延遲補(bǔ)償，也能夠達(dá)到NZ趨近于0.5的特性。換言之，通過模擬與實(shí)測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)可以通過LCC膜將NZ≠0.5的膜材調(diào)整至NZ=0.5，解決了工業(yè)生產(chǎn)中直接生產(chǎn)NZ=0.5的膜材難度大、不易控制等問題。我們分別測(cè)試了RQWP、PQWP+LCC1、RQWP+LCC2三種膜材架構(gòu)的NZ，如表2所示。

表2 3種膜材的NZ數(shù)據(jù)Tab.2 Measured data of NZ of three films

從表2數(shù)據(jù)可以看出，LCC1膜材在與RQWP貼合一起后的整體NZ更接近0.5。為了進(jìn)一步探究膜材的折射率性質(zhì)，我們進(jìn)行了NZ從0～1的一系列數(shù)學(xué)模擬，分別模擬了RQWP膜材在紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）3種波長(zhǎng)下NZ變化所對(duì)應(yīng)的橢圓率分布。分別選取470，550，620 nm對(duì)應(yīng)藍(lán)光、綠光、紅光，結(jié)果如圖3所示。

圖3 入射光波長(zhǎng)在470，550，620 nm下RQWP膜材NZ變化所對(duì)應(yīng)的橢圓率分布理論模擬圖。Fig.3 Simulated ellipticity distribution of RQWP under the variation of NZ within the wavelength of incident light at 470，550， 620 nm.

圖3中最右側(cè)一列為RGB三波長(zhǎng)下RQWP橢圓率分布，其余列為NZ從0～1的理論模擬圖。從圖3結(jié)果可以明顯看出，當(dāng)膜材的NZ從0逐漸變化至1時(shí)，系統(tǒng)的橢圓率分布呈現(xiàn)一種從“傾斜的X型”到“均勻的X型”再到反方向“傾斜的X型”的變化趨勢(shì)。470 nm和550 nm波長(zhǎng)條件下的橢圓率變化趨勢(shì)類似，而620 nm下的橢圓率變化呈現(xiàn)相反的結(jié)果。這是由于膜材本身在不同波段下的折射率分布，即色散造成的。RQWP膜材是一種PC材質(zhì)拉伸得到的波長(zhǎng)逆色散材料，隨著波長(zhǎng)的增加，膜材的面內(nèi)相位延遲逐漸增大，在厚度不變的情況下，其折射率的差Δn=nx－ny逐漸增加。表3為使用Axoscan設(shè)備測(cè)試得到的三色波長(zhǎng)條件下RQWP的折射率。

表3 RQWP在470，550，620 nm入射光下的折射率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.3 Measured refractive index data of RQWP under 470， 550， 620 nm incident light

根據(jù)表3中的折射率數(shù)據(jù)以及公式N=（nxny）×d/λ，實(shí)際的RQWP膜材在470 nm波長(zhǎng)下N=0.283；在550 nm波長(zhǎng)下N=0.260；在620 nm波長(zhǎng)下N=0.237；而理想1/4波片的N=0.25，也就是RQWP膜材在470 nm和550 nm波段的相位延遲要大于λ/4，而在紅光波段的相位延遲要小于λ/4。理論上，只有相位延遲等于λ/4時(shí)，線偏振光通過QWP才會(huì)轉(zhuǎn)化為e=1的圓偏振光。進(jìn)一步從折射率橢球上進(jìn)行分析，當(dāng)入射光垂直入射至RQWP時(shí)，相位延遲為RE=（nx-ny）×d。當(dāng)入射光向nx方向傾斜時(shí)，由于nx＞ny，所以在nx和ny所組成的橢圓面中，只要入射方向非垂直入射，則n′x＜nx，即Δn減小，所產(chǎn)出的相位延遲RE′＜λ/4。反之，當(dāng)入射光向ny方向傾斜時(shí)，所產(chǎn)出的n′y＜ny，最終的RE′＞λ/4。綜上可知，當(dāng)RQWP在470 nm和550 nm時(shí)，RE＞λ/4，那么在ny方向可以找到剛好使得RE=λ/4的區(qū)域，且該區(qū)域的橢圓率最大，這也就是RQWP在470 nm、550 nm兩種條件下橢圓率在45°方向存在最大值區(qū)域的原因。同理，在620 nm波長(zhǎng)條件下，RQWP在135°方向存在橢圓率最大值區(qū)域，如圖3中最右側(cè)一列所示。

圖3還列出了RGB三色光RQWP膜材在不同NZ條件下橢圓率的理論分布模擬圖。從圖3可以清晰地看出，在NZ從0逐漸增加至1的過程中，e＞0.9的區(qū)域也呈現(xiàn)一種“從兩邊到中間”的變化趨勢(shì)。在470 nm和550 nm兩種條件下，當(dāng)NZ=0時(shí)，e＞0.9的區(qū)域基本在135°的傾斜方向；當(dāng)NZ=1時(shí)，e＞0.9的區(qū)域基本在45°的傾斜方向；而在NZ=0.5時(shí)，e＞0.9的區(qū)域呈現(xiàn)一個(gè)“X”型，基本能夠覆蓋最大的極角和方位角。在620 nm下的變化趨勢(shì)與之相反但原理相同。從圖3中折射率橢球所處一行也可以清晰地看出，膜材的NZ隨著主軸折射率nz的減小而增大；而當(dāng)nz=（nx+ny）/2時(shí)，NZ=0.5，說明當(dāng)nz=（nx+ny）/2時(shí)，入射光以任意極角、任意方位角入射，在每一個(gè)折射率橢球的截面上的主軸折射率最小值即為（nx+ny）/2。這樣一個(gè)平均的效應(yīng)就導(dǎo)致在45°和135°方位角下，任意極角入射后出射光的橢圓率分布大致相同，橢圓率也就能在更多的極角、方位角條件下最大，這也是NZ=0.5最佳的原因。這一現(xiàn)象在RGB三色光條件下均能夠得到滿足，是一種寬波帶的屬性。所以，實(shí)測(cè)的LCC1膜比LCC2膜橢圓率補(bǔ)償特性更優(yōu)異的原因也正是因?yàn)镽QWP+LCC1的NZ更接近0.5。因此，C膜厚度方向的RTH可以優(yōu)化膜材本身對(duì)光偏振態(tài)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，同時(shí)可以根據(jù)理論計(jì)算選取合適的LCC材料將NZ≠0.5的補(bǔ)償膜優(yōu)化至NZ=0.5。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述模擬結(jié)果，我們希望通過實(shí)驗(yàn)來表征LCC對(duì)RQWP補(bǔ)償能力的提升。對(duì)于RQWP在實(shí)際顯示器件中的應(yīng)用場(chǎng)景，我們采用OLED的圓偏光片模型進(jìn)行環(huán)境光反射率和反射色相的測(cè)試。在OLED的圓偏光片［20］中，線偏振片與RQWP貼合在一起形成圓偏振片，可以將外界環(huán)境光在OLED電極結(jié)構(gòu)上的反射光吸收，為OLED呈現(xiàn)任意角度完美的黑態(tài)，這也是“一體黑”的由來。其中的光學(xué)模型主要考察RQWP將線偏振光轉(zhuǎn)化為圓偏振光的能力，因此與上文中的模擬計(jì)算較為契合。我們選取OLED圓偏光片進(jìn)行實(shí)際的貼屏測(cè)試。

如圖4所示，A、B、C分別代表以RQWP、RQWP+LCC1、RQWP+LCC2三種架構(gòu)為基礎(chǔ)制作的圓偏光片。圖4（a）～（h）代表固定OLED屏幕位置不變，環(huán)境光為D65光源，從45°極角進(jìn)行拍攝，方位角為0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的實(shí)拍圖。

圖4 OLED屏幕貼屏圖，極角45°拍攝。（a）～（h）不同方位角度拍攝，分別為135°、90°、45°、180°、0°、225°、270°、315°。圖中A代表RQWP、B代表RQWP+LCC1、C代表RQWP+LCC2。Fig.4 Film on OLED screen， shot at a polar angle of 45°.（a）～（f） Shooting at different azimuth angles， 135°， 90°， 45°， 180°， 0°，225°， 270°， 315°， respectively. A represents the RQWP； B represented the RQWP+LCC1， and C represented the RQWP+LCC2.

從圖4中不難看出，3種架構(gòu)的膜材制成OLED偏光片之后，在不同視角下觀察所反射的顏色差異很大。A膜材由于沒有LCC膜的補(bǔ)償，因此在不同方位角下觀察時(shí)所呈現(xiàn)的反射顏色變化很大，從圖4（a）、（b）的偏藍(lán)到圖4（c）、（e）的偏紅，在圖4（f）、（h）中A架構(gòu)所表現(xiàn)出的紅、藍(lán)顏色差異也非常明顯。雖然RQWP已經(jīng)是逆色散的材料，但是其對(duì)垂直入射的可見光可能具有產(chǎn)生1/4相位延遲能力。一旦入射光以大角度斜入射，膜材本身的相位延遲變化可能不能夠再次滿足逆色散的屬性。更多的橢圓偏振光出現(xiàn)，將導(dǎo)致漏光和色偏。相比于A架構(gòu)，B、C架構(gòu)在不同視角下的顏色變化略好一些，其中B架構(gòu)要優(yōu)于C架構(gòu)，這與我們?cè)诘诙糠种械哪M結(jié)果相同。從圖4（a）～（h）不難發(fā)現(xiàn)，B架構(gòu)的膜材基本能保證黑色，雖然也存在一定程度的色偏，但是顏色的變化整體不大；反觀C架構(gòu)，仍然在圖4（f）、（h）中呈現(xiàn)偏藍(lán)與偏紅兩種顏色。

使用CA410色彩分析儀（KONICA MINOLTA公司生產(chǎn)）分別采集了A、B、C 3種架構(gòu)的OLED屏幕在45°極角、任意方位角條件下反射光的顏色信息，并將顏色的色坐標(biāo)（采用CIE1931標(biāo)準(zhǔn)）繪制于圖5中。在這個(gè)過程中，OLED屏幕被放置在暗室一個(gè)面內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)上，該平臺(tái)與桌面成45°傾斜，在平臺(tái)的正前方存在一個(gè)D65光源。為了模擬自然光對(duì)OLED屏幕的光照情況，D65光源不需要進(jìn)行準(zhǔn)直處理。

圖5 （a） 試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)圖；（b） 45°極角下3種架構(gòu)貼OLED屏幕的全方位角反射光顏色坐標(biāo)圖。Fig.5 （a） Schematic diagram of the test worktable； （b）Color coordinate diagram of reflected light on OLED screens with three film stacks at a 45° polar angle.

在桌面的正上方設(shè)置一個(gè)CA410亮度色度計(jì)。當(dāng)OLED屏幕在平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)時(shí)，D65光源的光線以模擬日照的條件（點(diǎn)光源）均勻照射在OLED表面，經(jīng)過表面的漫反射，CA410便可以接收OLED屏幕在45°極角、任意方位角條件下反射光的顏色信息，如圖5（a）所示。

如圖5（b）所示，A、B、C 3種架構(gòu)在45°條件下反射光的顏色色坐標(biāo)范圍差異較大，其中A、C膜材架構(gòu)的反射光色坐標(biāo)范圍相似，但C架構(gòu)優(yōu)于A架構(gòu)。在A、C架構(gòu)中，反射光的顏色色坐標(biāo)范圍覆蓋了部分藍(lán)色與紅色區(qū)域，且A架構(gòu)反射光的藍(lán)色“更藍(lán)”、紅色“更紅”（色坐標(biāo)x、y更靠近0.26意味著顏色更藍(lán)；色坐標(biāo)x、y更靠近0.34意味著顏色更紅）。這一現(xiàn)象與實(shí)際觀察到的圖4中A、C架構(gòu)在不同方位角的反射顏色表現(xiàn)一致。B膜材架構(gòu)的反射顏色落點(diǎn)較為集中（x坐標(biāo)在0.3～0.32、y坐標(biāo)在0.29～0.31），如圖5（b）中紅色圓圈表示。這意味著B架構(gòu)的膜材在任何方位角下所看到的反射光的顏色整體變化不大，沒有明顯的偏藍(lán)或者偏紅的現(xiàn)象。這也與圖4中B膜材架構(gòu)的實(shí)拍圖相符。

3種膜材架構(gòu)的反射率曲線如圖6所示。A膜材架構(gòu)的反射率最高可達(dá)到9%左右，而使用LCC對(duì)RQWP進(jìn)行補(bǔ)償之后，整體反射率會(huì)下降至少2%。從圖6中B、C曲線可以看出，LCC1膜材具有最佳的降低反射率的效果，全方位角的反射率在5.5%～6.5%之間，相比于A架構(gòu)降低了約3%。

圖6 45°極角狀態(tài)下OLED貼屏實(shí)測(cè)全輻角反射率Fig.6 Measured full-argument reflectivity of the OLED screen at a polar angle of 45°

B、C兩種膜材雖然都能降低反射率，但是結(jié)合圖4、圖5的反射顏色與反射顏色色坐標(biāo)落點(diǎn)，B膜材整體要優(yōu)于C膜材。這一結(jié)論與我們第二部分所得到的模擬結(jié)果相符。更低的反射率意味著更低的漏光，意味著光路中存在更多的圓偏光，也意味著架構(gòu)整體的偏振維持特性接近理想狀態(tài)。同理，更小的反射顏色色坐標(biāo)范圍則意味著看到的色偏更小，意味著“一體黑”的效果越好。

4 結(jié)論

本文通過理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，探究了LCC對(duì)RQWP補(bǔ)償能力的優(yōu)化特性。通過理論計(jì)算了3種膜材架構(gòu)的橢圓率分布。LCC1對(duì)RQWP橢圓率的優(yōu)化效果最佳，橢圓率峰值ebmax=0.975 82。進(jìn)一步測(cè)試得到RQWP+LCC1的綜合NZ更接近0.5，通過理論模擬，討論了NZ從0變化至1時(shí)，RQWP在RGB三色光條件下的橢圓率分布；得到NZ=0.5時(shí)，nz=（nx+ny）/2，該條件下橢圓率在任意極角、方位角時(shí)均有最大面積的橢圓率分布。而使用LCC補(bǔ)償RQWP使得膜材綜合NZ=0.5也是一種有效的快速得到NZ=0.5膜材的方法。

通過貼屏測(cè)試，OLED圓偏光片在有LCC補(bǔ)償?shù)那闆r下能夠擁有更小的色偏與更低的反射率。其中LCC1架構(gòu)的膜材整體色偏最?。簒坐標(biāo)在0.3～0.32、y坐標(biāo)在0.29～0.31，且LCC1膜材架構(gòu)的整體反射率下降了3%左右。通過理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，LCC對(duì)RQWP補(bǔ)償特性的優(yōu)劣不僅與LCC本身的RTH有關(guān)，還與綜合膜材的NZ有關(guān)，而本文所使用LCC對(duì)RQWP進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ兄趯Z≠0.5的膜材優(yōu)化至NZ=0.5。由于在實(shí)際生產(chǎn)中直接生產(chǎn)NZ=0.5的膜材具有很高的技術(shù)難度，因此本文的研究結(jié)果對(duì)NZ=0.5的膜材開發(fā)提供了新的方法和可行路線。同時(shí)，λ/4波片的偏振調(diào)制能力在新型液晶光子器件的開發(fā)中也具有很廣泛的應(yīng)用［21］。本文的研究結(jié)果在相關(guān)器件的開發(fā)過程中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。