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裸眼式3D立體顯示器觀賞視域之研究

顯示影像的方式從平面進展到立體，並在硬體不斷的研發進步之下，立體影像技術不斷的提升，其中以裸眼式3D立體顯示技術最廣為大眾所驚豔，其擁有不需配戴眼鏡之優勢，肯定為3D顯示器的發展主流，更是3D立體顯示器普及化的重要關鍵。 　　而對於裸眼式立體顯示器來說，觀看位置強烈地影響觀看品質，因此視域(viewing zone)對於裸眼式立體顯示器將是非常重要的課題，然而現今已有許多關於視域研究之文獻，但對於視域的了解仍需要進行更多研究，因此在本論文中將提出新的計算方式，明確地以公式表示視差障壁型立體顯示器之視域大小，並且更進一步討論其他對視域造成影響的因子，如視差障壁厚度、玻璃基板之折射率、交互干擾、以及其他影像品質因子，討論其對視域大小形狀以及位置所造成的影響，對視域進行詳細的研究。 　　另外本篇論文特別值得注意的是，由於過去一般使用印製出的底片製作視差障壁，視差障壁厚度相較顯示器結構為薄，而隨著立體顯示器不斷的創新與發展，不論是具備2D與3D切換功能之立體顯示器，或是隨著頭部移動而調變視差障壁的追蹤型立體顯示器，以及不斷切換左右眼視差障壁位置之時間多工型立體顯示器，其視差障壁結構的厚度可能造成未知的影響，但截至今日尚未有文獻對視差障壁厚度進行研究與討論，本研究為第一個在立體顯示器領域內考慮視差障壁厚度議題之文章，本研究不僅讓我們更深度的瞭解視差障壁厚度所帶來的影響，也提供設計者在設計立體顯示器時一個新的可調控參數。最後期望能夠藉由此論文，使從事3D領域之研究者更加地了解視域的大小形狀與分佈特性。

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聚三己烷噻吩與苯基碳61丁酸甲酯混成有機太陽能電池之介面物理、化學與電性分析

聚合物/富勒烯組成的塊材異質接面太陽能電池為當今前端之研究題材，其中，又以聚三己烷塞吩(P3HT)混和苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)構成的主動層吸光材料最為熱門。本論文使用介面分析的方法，如紫外光電子頻譜(UPS)及X光電子頻譜(XPS)等儀器，分析太陽能電池介面間的電子結構及化學反應。同時，配合上各種不同結構的元件製作，直接和介面分析的結果做對照，探討各種不同條件的製程處理、緩衝層的使用對元件效能影響之背後機制。 首先，論文從電極金屬與主動層有機材料間介面開始做探討。在一般P3HT:PCBM為吸光層的太陽能電池當中，大多使用鋁或者鈣來當作陰極，而使用鈣當陰極的元件擁有明顯較大的開路電壓，元件整體轉換效率也較高，導致此增益的機制藉由XPS被成功觀察到。XPS發現在鈣與P3HT的介面有明顯的化學反應發生，所產生的電子轉移現象反應在UPS觀測的能階變化，此能階變化拉大了施體材料及受體材料間的能階差異，因而提升元件開路電壓及整體效能。 接著在第二主題中，本論文研究了元件製作中最常被用來提升效能的熱退火機制。經由介面分析發現，使用純鋁陰極的元件退火後，明顯的P3HT能階變化促使元件的開路電壓大增；反之在使用鈣陰極的元件中，熱退火反而造成P3HT能階反向移動，縮小元件開路電壓。另一方面，不論使用鈣或鋁當陰極，被這兩種金屬覆蓋的主動層表面在經過熱退火之後，都明顯觀察到PCBM向上擴散之現象，此擴散提供整體異質接面元件更接近理想的垂直結構分布，因而增大元件短路電流值。 除了熱退火之外，第三和第四主題針對廣泛被使用的緩衝層來做探討。由於在聚合物太陽能電池當中，緩衝層往往扮演極重要的腳色，本論文特別針對提升元件效能非常多的bathocuproine (BCP)以及PCBM兩種緩衝層做深入研究。在使用BCP當陰極緩衝層的部分，介面分析發現只要2奈米厚的BCP，就可有效抑制高溫鋁金屬蒸鍍時對主動層造成的破壞；同時，原子力顯微鏡的影像指出，BCP層能緩和地填入原本粗糙度相當大的P3HT:PCBM層表面，截斷載子漏電之路徑，並在主動層和鋁陰極之間產生奈米紋理，提供更高的有效接觸面積，增加光電流值。而在PCBM的部分，由於其本身即為主動層受體材料，因此以熱蒸鍍方式額外沉積的PCBM緩衝層，在經過我們適當的熱退火處理之後，能產生類似主動層漸層延伸的效果，此效應使得吸光材料在整個元件中的縱向分布更趨近理想的異質接面狀態，元件之功率轉換效率也因載子分離效率大幅提升，因而產生約20%幅度的增加。

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利用雙對形狀週期性金屬孔洞與奈米金結構對異常穿透特性與熱紅外線發射器之高階表面電漿模態增強之研究

本文主要目的在於探討與了解表面電漿中高階模態之增強效應。首先，本研究在理論及實驗上研究雙對形狀週期性金屬孔洞的異常穿透特性。藉由對稱與非對稱之成對孔洞，去探討幾何形狀與大小面積對高階模態之影響。實驗上發現高階的金/矽模態之穿透強度大於一階的，而此現象可以用兩孔洞之間距比例做計算與解釋。實驗與模擬結果均指出不論形狀與大小組合改變，此種高階模態於雙對孔洞的增強效應均呈現相同趨勢。由此得證並非只有尖角對應才會有高階模態的產生，進而可以設計與控制特定高階模態之產生。另一方面，本文提出於雙對週期性孔洞結構裡鍍一層薄金模，再利用高溫快速熱烈解形成不均勻大小排列之奈米金粒偶合結構。藉由改變金膜厚度形成不同金粒大小，探討對整體高階模態穿透率之效應。實驗上發現該結構有助提升二階模態之穿透率，也證明奈米金粒於中紅外光之表面電漿增強效應。最後，我們進一步探討成對形狀週期性孔洞作為上層結構之金屬/介電質/金屬結構的電漿子熱輻射發射器的特性。藉由不同形狀之成對孔洞，進行反射與發射頻譜之量測分析。實驗上高階模態於該發射器結構中依然存在明顯的增強效應，尤以二階最強。該實驗結果有助於在中紅外光波段實現二倍頻機制，並於未來有效利用與轉換黑體輻射之能量。

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應用微流控光學矽晶片量測血糖濃度差別之研究

本論文提出了利用擴散原理於微流控光學矽晶片上量測血糖濃度差別的方法。本論文研究了兩種擴散情形:單純擴散情形以及系統周圍外加水流(流動率10 ul/min)的擴散情形。此兩種情形皆經過COMSOL模擬和實際實驗比較。本實驗利用一含有四組微環共振腔的光學矽晶片做為量測工具。根據這些微環共振腔的分佈情形，實驗設計了微流管道與此矽晶片結合，以至於管道內流動的溶液可以通過這些微環共振腔，達到量測液體折射率變化的目的。本實驗所設計的微流管道包含一流動管道及一擴散管道，流動管道內可以控制流動的溶液濃度，擴散管道一端開口連接流動管道，其餘三端封閉，此情形可以確保在擴散管道內粒子的移動以擴散為主。在擴散管道內的微環共振腔偵測折射率的變化，達到觀察擴散管道內擴散情形的變化。實驗結果發現，單純擴散情形所得到的擴散常數8.8*10^(-10) m^2/s與文獻上的值9.4*10^(-10) m^2/s非常接近；而外加水流的擴散情形則比理論模擬結果快很多，此現象可用頂蓋驅動方腔流解釋之。

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SU8光阻結構於高電阻溫度係數材料細胞色素C微輻射感測器之研究

紅外線熱影像儀在軍事運用和商業運上越來越重要，紅外線熱影像儀可以應用在熱感測相機、工業監測、車用應用、火災偵測、醫療照護、以及夜間監視等運用。在紅外線熱影像儀中，熱阻式微輻射感測器microbolometer具有低成本、輕便、以及不須致冷器等優點。近年來的效能改善已使其漸漸地可以應用於實際的市場上，使其在這個領域上的重要性越來越高。紅外線熱影像儀是由紅外線光學鏡頭系統、焦平面陣列感測元件、信號讀取電子電路以及顯像裝置所構成。其中最為重要的部分焦平面陣列感測元件(FPA)是我們研究的主要目標。熱阻式微輻射感測器的焦平面陣列感測元件的效能主要由感測材料的靈敏度以及支撐感測材料的絕熱結構所決定。在這篇論文中，我們利用了曝光劑量法和掀舉法成功地使用SU8光阻建立了支撐感測材料大小為50μm* 50μm高為45μm及10μm的高絕熱結構，取代了原有製程較為困難且費用較高的氮化矽絕熱結構。此結構的填滿因子接近百分之百。我們也探究了光罩II的使用劑量，曝後烤時間以及顯影時間所需的可靠參數，降低SU-8的膜發生扭曲或是黏在基板上的機率。我們相信這些研究成果不僅可以使用在為輻射感測器中，也會對未來使用SU-8做其他高絕熱系統結構的人產生很大的幫助。我們使用高溫度電阻係數感測材料—細胞色素C薄膜作為感測材料。我們成功地建立了整個感測元件的製程，並以此量測出在這結構上的電阻對溫度的變化，取得了高溫度電阻係數值。整個結構的熱導值為6.681*10-6W/K，我們量測到的TCR為18%/K到25.7%/K。我們希望以此方法可以提供一個全新的低成本且高效能的熱阻式微輻射感測器。

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具有鋅鎳鎵共同擴散波導及側壁延伸電極之鈮酸鋰極化分離器

本論文利用鋅鎳鎵共同擴散法在鈮酸鋰基板上製作可調式極化分離器。元件的基本架構為一非對稱Y形分岔結構，輸入波導為一鋅鎳共同擴散式波導，其特點是製作一脊形結構上，並搭配指狀電極。在輸出部分，直分支波導亦為鋅鎳共同擴散式波導，但利用不同厚度使其僅導通橫電模態(水平極化方向)；彎曲分支輸出波導則為僅導通橫磁模態(垂直極化方向)之鎵擴散式波導。 先前已發表極化分離器之製程均需要兩次以上的高溫製程，本論文所提出之製程僅需一次高溫擴散，可有效節省製程時間，簡化製程步驟。 在元件應用上，實驗結果顯示在操作波長為1.55μm之環境下，橫電模態的訊熄比為27.8dB，橫磁模態訊熄比為24.4dB，遠高於實際應用之需求(13dB)。 在調變效果上，本論文利用指狀電極之設計，比較在相同脊形深度以及電極寬度下，有無側壁延伸電極之調變電壓差異，證實在相同調變率下側壁延伸式電極成功降低了41%的電壓。 最後本論文進一步應用側壁延伸電極於6μm高之脊形元件上，在外加電壓47V時可達成兩極化模態的完全轉換，與之前已發表結果比較降低12.9%之調變電壓。

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以自迴授光電振盪回路啟動無源歸零載波高密度分波多工二相位移鍵控與開關鍵控通訊技術

自啟動光電振盪回路，由於其能以無須傳統微波訊號源方式同時產生高重複率之微波電訊號與低時基誤差之歸零光脈衝，因此在高速光分時多工傳輸系統中將扮演極為重要角色。本論文主要為探討利用自迴授光電振盪回路啟動無源歸零載波建構高密度分波多工二相位移鍵控與開關鍵控通訊系統。首先，我們分別利用直調增益切換操作之自迴授法布里-玻羅雷射二極體及分佈反饋式雷射二極體來建構無須傳統微波訊號源之10-Gbit/s歸零開關鍵控，藉由微波電訊號在此光電振盪回路中不斷地放大及濾波後的調變，傳統TO-56 can封裝雷射二極體之調變頻寬將可被至少提升至產生重複率為10-GHz之歸零光脈衝。接著針對外調方式，利用自迴授積體化分佈反饋雷射二極體-電吸收調變器以及非線性操作電吸收調變器注入之諧波鎖模半導體光放大器光纖雷射來分別建構單通道與多通道無傳統微波訊號源之10-GHz歸零光脈衝載波、微波電訊號以及歸零二相移相鍵控/開關鍵控，其自啟動非線性操作電吸收調變器與注入諧波鎖模半導體光放大器光纖雷射之理論模型也被以數學方式進行討論以最佳化輸出之歸零光脈衝載波，也同時以理論及實驗方式驗證自迴授光電振盪回路內光纖長度對輸出歸零光載波之時基誤差及微波電訊號之相位雜訊的最佳化。此外針對以此自迴授光電振盪回路所產生之歸零二相移相鍵控，探討了當微調二相移相鍵控解調變器解調窗口來配合歸零二相移相鍵控頻率間隔時之系統傳輸品質。 接著，我們比較自啟動增益切換操作分佈反饋式雷射二極體、非線性操作電吸收調變器及注入諧波鎖模半導體光放大器光纖雷射三種方式產生歸零光脈衝載波驅動之無傳統微波訊號源歸零開關鍵控，可發現由於自啟動增益切換操作分佈反饋式雷射二極體需將雷射設置在臨界操作條件，因此會產生相當強之相對強度雜訊並進一步劣化傳輸訊雜比，因此並不適用於產生無傳統微波訊號源之歸零開關鍵控。此外，雖然自啟動注入諧波鎖模半導體光放大器光纖雷射能同時產生4-6個高密度分波多工通道間距之10-GHz歸零光脈衝，但其脈衝品質會因為在注入過程中不足的調變深度及通道化過程減少鎖模成分而劣化，因此在以上三種產生無傳統微波訊號源之歸零光脈衝的方法中，以自啟動非線性操作電吸收調變器產生之歸零光脈衝載波/開關鍵控具有較佳之時基誤差、脈衝寬、消光比、訊雜比及傳輸品質。此自啟動非線性操作電吸收調變器將為未來之混合式高速率光分時多工與高密度分波多工存取網路提供一個嶄新的選項來產生無傳統微波訊號源之10-GHz歸零光脈衝載波/微波電訊號/歸零二相移相鍵控與開關鍵控。接著在傳輸網路應用方面，我們在頭端分別利用積體化分佈反饋雷射二極體-電吸收調變器及非線性操作Mach-Zehnder強度調變器為基底建構自啟動光電震盪回路產生10及40-GHz之歸零光脈衝，並進而產生無須傳統微波訊號源之10及40-Gbit/s 歸零二相移相鍵控以進行下行傳輸。接著，在光網路單元端再利用其下行歸零光脈衝載波以進行強度調變，並利用產生之歸零開關鍵控進行上行傳輸，便可分別建構無須傳統微波訊號源之10 及40-Gbit/s雙向歸零二相移相鍵控/開關鍵控傳輸。本論文成功探索出自啟動光電振盪回路新應用在於產生無須傳統微波訊號源之歸零二相移相鍵控/開關鍵控，並進一步將其拓展至網路系統應用，即是在於以無傳統微波訊號源方式建構下行二相移相鍵控與上行再利用歸零開關鍵控之混合式高速率光分時多工與高密度分波多工存取網路。

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在嚴苛輻射與高溫環境的前瞻光偵測器之物理與奈米材料設計

本論文中我們將分別有四個主題來討論利用低維度的奈米材料與奈米薄膜來設計所需要的光偵測器。 在第二章中，我們利用氧化鋅奈米柱陣列(ZnO NRAs)做為抗反射層來提升Si MSM 光偵測器的響應，利用氧化鋅對UV光的強吸收來補足Si光偵測器再UV波段的底響應、並且也因氧化鋅奈米柱的結構對可見光與近紅外光來說可以形成漸變式折射率降低可見光與紅外光的反射，進而提升Si MSM光偵測器在長波長區域的響應。 在第三章中，藉由在p-Si/n-ZnO中間成長LAO奈米層達成具有無視可見光的UV光偵測器。由於LAO層可以減少Si與ZnO的晶格不匹配，同時具有寬能帶、高介電性。故p-Si/LAO/n-ZnO光偵測器比p-Si/n-ZnO光偵測器有更好的整流特性。 加上LAO與p-Si會形成位能障，在小電壓下可以阻擋由光激發產生的光電子從Si流向ZnO，進而形成無視可見光的效果。此UV光偵測器將來可以更便利應用在一般日光環境中，也不受可見光與紅外光影響。 在第四章，我們利用新穎的MoS2二維奈米材料製作超薄的MSM光偵測器，由於MoS2具有很高的光吸收能力(厚度2 nm的MoS2在可以見光區域吸收可以達到~10%)和良好的熱穩定性，加上我們設計成MSM結構的光偵測器。在元件表現上，我們首先發現其具有光增益效果造成光響應比以往研究高約3個數量級，且可以在200 °C的高溫下操作。同時其光響應速度也比過去別人所報導的來的快約2個數量級 (上升時間~70 μs，回復時間~110 μs)。這些元件特性證明了MoS2光偵測器將來可以在高溫環境下進行光偵測、影像、通訊等應用。 在第五章，我們將AlN直接成長在Si上並以此做成深UV MSM光偵測器。由於AlN是良好的輻射阻抗、高熱導性、好的化學穩定性與寬能隙的材料，故再經由質子( 能量: 2 MeV、劑量: 1013 cm-2)轟擊之後操作在5 V偏壓下其PDCR(光暗電流比)值還有0.7。在高溫測試方面，AlN元件可以穩定的操作在300 °C的環境下。其光響應速度也可以達到 (上升時間~110 ms，回復時間~80 ms)。以上的元件操作特性實足以作為太空或是高溫等嚴酷環境下的應用。

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連結式有機白光二極體的載子產生效應之研究

連結式的有機發光二極體以其穩定與長壽命的特性所聞名，因而是最有可能被運用在未來的顯示或是照明的用途上。即便連結式的有機發光二極體以發展相當長的一段時間，仍有些重要的議題尚未被明確解釋。 在這篇論文中，我們將利用一個二極體的載子產生層來製作我們的連結式的有機發光二極體。我們會清楚的定義元件的起始電壓並探討其與元件結構的關係。另外，藉由直接對連結式的有機發光二極體進行阻抗的量測，我們發現在相位上有一個特別的轉折，這個轉折不儘與發光的起始以及載子產生層的參雜濃度有關，更被認為是對載子產生機制的直接證據。

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以嚴謹耦合波分析次波長光柵反射器

在本篇論文中，我們將專注於利用嚴謹的耦合波展開法(rigorous coupled wave analysis, RCWA)這種廣泛被利用在電磁計算的數值方法設計並分析一維次波長的光柵反射器，目的是希望能夠不需要利用非常複雜的幾何結構就可以製造出良好反射器的效果。以實用的角度來講，反射器的反射效率將在共振腔的設計上扮演決定性的角色，並且，近二十年來，許多研究指出光柵式反射器確實有可能應用在面射型雷射(Vertical-cavity surface-emitting lasers, VCSELs)上。在我們的研究之中將分別找尋正向入射時TE與TM極化在不同折射率對比之下光柵反射器的結構參數，並且直接利用RCWA這種數值方法畫出場形以及分析電磁波的相位變化來討論為什麼這種次波長的光柵結構可以具有強反射的物理特性。在我們的模擬工作中，折射率對比將分類為高折射率對比、中等折射率對比、低折射率對比的狀況，並且在每個狀況中舉出若干範例。其中，我們對中等折射率對比和低折射率對比的狀況花費較多心力，經過模擬我們認為經過妥善的設計，儘管在折射率對比差異較小的狀況下仍然有可能利用光柵反射器製造出高反射。除了正向入射的研究之外，我們也嘗試討論沿光柵溝槽方向有一個夾角入射的情況，希望透過妥善的設計讓光柵反射器有讓電磁波在低吸收性損耗介質中傳導的可能。