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以雷射加工實現磁性粒子虛擬流道

微流道晶片的發展目標為晶片尺寸的縮小化、高速的分析和有效的操作檢體。大部分搭配磁性粒子分離特定目標物的傳統微流道晶片其藉須由額外的幫浦系統來做為注入檢體的動力。除此之外，在利用此類的微流道晶片時，可能會因為樣品的殘留堵塞傳輸的流道，因而減少晶片的使用壽命。為了解決這些問題，不須建立在晶片上建立實體流道之「虛擬流道」已經被提出。 在本次的研究中，我們藉由精密雷射加工的方式以鎳磷合金材料製作低成本的虛擬流道元件，藉由永久磁鐵來建立外部磁場磁化虛擬流道，進而影響磁性粒子的運動行為。在研究中顯示以此製作的方式的虛擬流道其可成功引導磁性粒子，其引導結果取決於結構的寬度、厚度與整體虛擬流道的幾何結構設計。研究結果發現不同的設計結構可能產生不同的磁場梯度變化改變粒子移動。

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二維數值模擬發光體隨機摻雜在有機發光二極體的研究

近年來有機發光二極體（OLED）已經逐漸進入顯示市場甚至是嶄新的領域，因此發展一套有助於設計有機材料裝置的模擬軟體是很重要的。之前，我們發展了將高斯等效能態密度和普爾 - 弗蘭克爾（Poole-Frenkel）遷移率模型帶到一維的泊松及漂移擴散方程解（Poisson and drift-diffusion solver）來模擬有機材料。 在本篇論文中，我們研究了考慮材料的吸收頻譜來設定等效能態密度分佈的方法。結果顯示這是一個更恰當的方法模擬建立有機材料的等效能態密度。 此外，為了解決低濃度下的參雜的影響而發展二維隨機參雜模型。我們也用二維有限元素法去計算激子的分佈和內部量子效率。結果指出與實驗數據符合。

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有機無機混合型太陽能電池與全背電極砷化鎵太陽能電池的二維模擬與優化

本論文研究了兩種不同的太陽能電池，其一是PEDOT:PSS矽奈米線混合型太陽能電池，另一個則是全背電極砷化鎵太陽能電池，對於這兩種太陽能電池，我們依據其結構特性選擇了不同的模擬方法，在分析完其電性的表現後，我們針對兩種太陽能電池皆提出了優化的結構設計。 對於模擬PEDOT:PSS矽奈米線混合型太陽能電池，我們建構了一個可以模擬有機無機混合型太陽能電池的數值模型，並引入了高斯分布的尾態/介面態與高斯分布的陷阱來展現有機材料這方面的特性，而光場則是由二維有限差分時域法來計算。透過實驗量測的電流-電壓曲線來驗證模擬參數後，再針對PEDOT:PSS矽奈米線混合型太陽能電池做優化。目前優化後最佳的結構設計為增加p-type矽於鄰接PEDOT:PSS的奈米線區域，並在接近背電極再增加n-type矽，最高效率可望達到16.12%. 對於砷化鎵太陽能電池，我們採用全背電極的設計，並模擬了不同基極層厚度與n電極的寬度，藉由全背電極砷化鎵太陽能電池的電性表現來找出最佳化的設計。較厚的基極層可以吸收較多的太陽能，能有較高的吸收電流，但同時也造成較高的復合電流，所以基層厚度建議為1.5微米；較寬的n電極可以有較高的短路電流，但在施加偏壓時會在p-n接面造成較高的復合電流，導致填充因子的表現下降，因此n電極的寬度建議為600微米。根據以上建議的設計結構，模擬出的最佳效率可望達到25.12%。

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以溶液製程製作高效率鈣鈦礦太陽能電池及結合透明電極之研究

本篇論文第一部份探討以快速結晶(Drop-Casting)的溶液製程製作正規結構鈣鈦礦太陽能電池之優化過程。我們將元件從電子傳輸層緻密TiO2、主動層Perovskite、電洞傳輸層Spiro以及上電極，依序優化。在優化電子傳輸層的部分，我們探討元件在不同厚度及不同層數之TiO2下的表現，而在優化主動層Perovskite層的部分，分別測試了Perovskite的厚度、後退火溫度、後退火時間這三個條件，研究過程中我們觀察不同變因對於Perovskite成膜的影響，也以SEM及XRD來觀測Perovskite的結晶顆粒，分析Perovskite結晶的型態及完整度。最後在Spiro層以及上電極金的厚度優化完成後，我們製作出填充係數72、轉換效率15.7%的正規結構元件。 在第二部分的研究中，我們以介面改質材料HBC-6ImBr(HBC)來對石墨烯下電極表面進行親疏水性的改變，製作出以石墨烯為陽極的倒置鈣鈦礦太陽能電池。本章節中我們探討不同層數的石墨烯作為下電極的效果，以及不同層數HBC-6ImBr對於元件的影響，我們發現隨著石墨烯堆疊層數增加，石墨烯破洞減少，有利於作為下電極材料。而隨著HBC層數的增加，元件的填充係數逐漸上升，但因為HBC本身的電阻也會阻礙元件的光電流，我們測試出最優化的元件是以三層HBC作為介面改質來連接之後的材料，製作出轉換效率7.1%，填充係數52.4的石墨烯下電極元件。最後我們以奈米銀線取代倒置鈣鈦礦太陽能電池的上電極銀，以適當的後退火溫度，製作出半透明元件。

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金屬網格天線在超薄可撓基板上的應用

隨著科技的進步,人類對於資料訊息之傳播速度需求也日漸提升,而要發展 這樣的技術,需要介電係數與耗散因子低之材料,然本文採用之 Corning® Willow® Glass 為具有低耗散因子之特性。藉由在此基板上設計偶極天線以及八木宇田天線, 確認天線在此一新穎超薄可撓透明基板上應用之可行性,並利用凹版印刷方式印 製八木宇田天線,並證實此基板在天線應用上之可行性。在本文後段,進一步探 討在此基板上進行天線透明化之應用,藉由調整金屬線寬至 3 μm,網格寬度至 200 μm~300 μm,使天線達到透明的效果。此外,在調整金屬線寬與網格寬度達到透明 化效果之過程中,發現固定網格寬度下金屬線寬越窄中心頻率會有紅移之現象發 生,造成此結果之原因為填充因子下降時進入基板之電場較空氣多,因此等效折 射率上升,使得中心頻率下降。

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利用布拉格反射鏡改善有機發光二極體與光伏整合元件光耦合效率之研究

有機發光二極體與光伏整合元件為一兼顧改善有機發光二極體之環境對比度與利用光伏元件進行能源回收概念之綠色科技元件，然而此元件之有機發光二極體光耦合效率因整合光伏元件吸收所放之光能量而大幅下降。本論文將簡介有機發光二極體與光伏元件，並簡述其整合元件之發展狀況，使用時域有限差分法計算出光耦合效率，而光伏元件效率考慮了嚴格耦合波分析、泊松方程式與連續性方程式。為提升有機發光二極體與光伏整合元件之光耦合效率，於結構中加入光學濾波器，設計其反射頻寬為有機發光二極體發光頻譜之範圍，本論文使用布拉格反射鏡作為光學濾波器，討論不同布拉格反射鏡結合有機發光二極體與光伏整個元件之結構，研究其光耦合效率、光伏元件效率與環境對比度之綜合表現，並加入法布立－培若干涉儀之概念，對於布拉格反射鏡有進一步之理解，並將其影響納入布拉格反射鏡之材料選擇，使得元件表現有進一步之提升。

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凹凸面式視差障壁型裸眼式立體顯示器設計之研究

顯示影像的方式從一般平面2D顯示器進展到3D立體顯示器，在硬體不斷的研發進步的幫助之下，立體影像技術不斷提升，其中又以裸眼式3D立體顯示技術最為市場所廣泛接受，其擁有不需配戴眼鏡的優勢，且使用彈性較高。近年來可撓式顯示器的崛起，使得顯示器不只局限於平面，其便攜性更進一步帶起穿戴式顯示器的研究與市場，使得智慧手錶、曲面手機等愈受人們所重視，因此，曲面顯示器的研究就逐漸重要，曲面顯示器又可依彎曲方向分為凹面式顯示器與凸面式顯示器，凸面顯示器可提供環物體驗，凹面顯示器則具有環場的效果，提供更為舒適、符合人眼觀看的自然視覺，因此更可以期待曲面式裸眼式顯示器的未來發展。 對裸眼式3D立體顯示器而言，觀賞位置與在觀賞位置附近的可移動範圍強烈影響觀賞品質；觀賞視域(Viewing Zone)描述在顯示器前，觀賞者可體驗3D視覺感受的可移動範圍。而就曲面式來說，曲率半徑以及螢幕的大小影響觀看的相對曲率，曲率半徑不同時，顯示器提供的空間光分佈隨之改變，對於以分光達到將不同視差影像送進左右眼的立體顯示器，是影響觀賞影像品質的關鍵因素。 本文藉由調變曲率半徑，分別探討凹面及凸面對於小型螢幕(行動裝置為主)、中型螢幕(桌上型顯示器為主)以及大型螢幕(電視為主)下觀賞視域大小與位置的影響，由研究結果可以得知，凹面式與凸面式在觀賞視域的位置與排列為相反狀態，而對於小型與中型螢幕而言，凹面式與凸面式皆可以依用途不同而選擇使用，而大型螢幕則是凹面式為較好的選擇，凸面式目前未優化前仍不適合使用；對於凹面式及凸面式顯示器的不同觀看限制條件也在本文中有所研究。本篇論文的研究將提供未來可彎曲式基板結合3D顯示器領域參數設計的參考，回饋規格設計製造端。

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具有黑矩陣之有機發光二極體的效率提升之研究

有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)在顯示技術上比起目前廣泛被應用的薄膜電晶體液晶顯示器可達到更快的反應速度、可藉由更廣的色域來大幅提高影像品質，並且可製作於軟性基板上的特性也增加了對於顯示器應用範圍的想像空間。OLED更具有可調節色溫、高演色性及面光源等特性，在顯示及照明技術未來的發展上將會占據十分重要的地位。 但由於OLED結構為不同材料層狀堆疊，而各層間的折射率差使得大部分的光線因全反射的機制被困在結構之中，造成出光效率不佳及壽命不高的問題。一般而言常使用微透鏡陣列薄膜(MAFLs)來破壞玻璃基板以及空氣介面間的全反射，將困在玻璃基板內部的光線耦合到結構之外。 OLED應用於顯示器的情況下，會使用黑矩陣來降低環境光造成的對比度低落，但黑矩陣會大幅降低微透鏡耦合出光的增益造成外部量子效率降低。在本論文中，我們透過研究微透鏡出光機制的研究，找出黑矩陣對微透鏡增益影響的成因，並且提出提高開口率、黑矩陣鍍反射膜、降低填充層厚度及降低玻璃基板厚度等四種改善黑矩陣對微透鏡影響的方式，最高可以在不加填充層並且將黑矩陣背面鍍上反射膜的情況下得到54.17%的增益。

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以雷射二極體為基礎之照明與水下可見光通訊系統

可見光(波長範圍350~750 nm)通訊可將全球高速網路延伸至特定空間，是未來銜接人類社會所有通訊網路的必要發展，藉由使用具有比發光二極體更高調變頻寬與更低發散角的藍光雷射二極體，不但能提高可見光通訊之傳輸速率，也能以低衰減係數有效進行水下通訊，同時若搭配黃色螢光片或混合以紅光與綠光雷射二極體，更可在通訊外添加白光照明功能。 首先，在最佳化操作參數後，所使用之藍光雷射二極體可實現10.8-Gbps/16-m之點對點自由空間傳輸性能，接著以藍光雷射二極體搭配Lu3Al5O12:Ce3+ 與 CaAlSiN3:Eu2+ 共摻雜之螢光玻璃為基礎建構白光照明可見光通訊系統。當螢光玻璃之厚度為0.85-mm時，其所產生之白光色溫、色座標與最大照度分別為7856 K、(0.29, 0.3)和1337 lux。同時，照明白光內之殘留藍光成分對人眼可能造成之危害藉由計算其曝露限制來分析。在不對人眼造成危害前提下，可達1-m/2.8-Gbps 之傳輸性能。 接著，利用藍光雷射二極體建構以自來水與純海水為傳輸介質之水下光通訊系統。在以自來水為基礎時，其不同傳輸距離所對應的最大傳輸速率分別為12.4-Gbps/1.7-m、12-Gbps/3.4-m、9.6-Gbps/6.8-m與5.2-Gbps/10.2-m，同時可得傳輸容量隨距離之衰減率為0.847 Gbps/m。接著將自來水更換為純海水，由於海水內雜質引起的散射會導致藍光光束在傳輸中功率被衰減。因此，其傳輸容量對距離之衰減率會增加至0.941 Gbps/m，同時其在不同傳輸距離下所對應的最大傳輸速率分別為7.2-Gbps/6.8-m與4-Gbps/10.2-m。 最後，利用紅、藍及綠光雷射二極體來建構室內照明與通訊系統，並提供分波多工訊號傳輸。藉由此方式產生之白光色座標、色溫與最大照度分別為(0.2928, 0.2981)、8382 K與7520 lux。為了減少藍光對人眼之傷害，光學密度為0.3之光衰減片被使用使產生白光之色座標與色溫分別被改變至(0.2938, 0.3513)與7275 K。在尚未混成白光前，其紅、藍及綠光雷射二極體輸出光在1公尺自由空間傳輸後分別展現10.8、10.4與8 Gbps之最大傳輸速率。而在混成白光後，在0.5公尺自由空間傳輸下，可達總傳輸速率為5.2 Gbps。

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利用布拉茲光柵及液晶光學元件達成裸眼式立體顯示器之研究

近年來裸眼式立體顯示技術隨著科技蓬勃發展越來越普及化，不管在家用或是公共場合如商店門面都可見到他的應用，然而目前市面上主流的兩種技術還是具備著待解決的問題：視差障壁式（parallax barrier）的低出光效率使得整體亮度過低或是需要高電能來提升亮度；而柱狀透鏡陣列式（lenticular）則有著高交互干擾（crosstalk）及重量較重的缺點。然而在2010年，Chen等人提出以繞射式光學元件－布拉茲光柵層作為立體影像分光元件同時達到高出光效率及輕重量，企圖提供新的裸眼式立體顯示技術的新模型，應用在行動端有著很大的潛力，但由繞射元件帶來的色散效應也降低了影像品質，Chen在後續雖然以製程三種不同週期的布拉茲光柵解決色散效應，卻大大增加了製程的複雜度，並且對於觀賞視域的研究未有太多著墨。 本論文以此為切入點提出了單週期光柵結合鋸齒狀液晶結構的新模型，使用較簡易的製程複雜度解決色散效應，並以電腦模擬8微米週期之布拉茲光柵結合液晶結構，成功顯現消除色散的結果，若以連續式奈米壓印製程（roll-to-roll nanoimprint lithography）量產技術為製程技術的參考，以其最小2微米的製程線寬製作四階（4-level）近似布拉茲光柵結構，在效率上仍可保持著76.4%的出光效率。除此之外，附加的液晶層可藉由電壓調制來調整觀賞距離及視域，以iPad Retina Display®為例可提供38至84公分的觀賞距離範圍。 最後本論文呈現利用擴散片（diffuser）改善觀賞視域（viewing zone），再經由適當的擴散片設計，顯現交互干擾小於0.1此規範限制條件下之立體觀賞視域大小並且統整出擴散片的基本設計概念。