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曲面式視差障壁型雙視域顯示器設計參數之研究

在影像顯示的發展上，從平面顯示器到3D立體顯示器，人類為追求更逼真與符合自然的視覺需求，立體顯示技術不斷提升，其中更以裸眼式立體顯示技術最為市場主流，具有不需配戴眼鏡的優勢，使用彈性較高。雙視域顯示器則是將立體顯示技術中，雙眼間距改為可自行設計的雙人間距，從本來分送給左眼及右眼的影像資訊，變成可同時提供兩種不同影像資訊給予至少兩位使用者於單一顯示器上的技術。近年來，可撓式基板技術的進步，使得曲面顯示技術的議題受到重視，彎曲的顯示螢幕具有螢幕增大的效果以及可設計為符合人眼舒適感受的曲線，提供更為逼真舒適的自然視覺享受，因此更可以期待曲面式的雙視域顯示器。 對裸眼式雙視域顯示器而言，觀賞位置與可在觀賞位置附近的可移動範圍會影響觀賞品質；觀賞視域(Viewing Zone)描述在顯示器前，觀賞者可體驗兩種不同影像資訊的可移動範圍。而就曲面式雙視域顯示器來說，曲率半徑與可視角度會決定相對彎曲程度，彎曲程度不同時，顯示器所提供的空間光強分佈便會改變，對於以分光達成將不同影像資訊送進左邊及右邊觀賞視域的雙視域顯示器，是影響觀看影像品質的關鍵。 基於前人研究計算出的觀賞視域公式，本論文將推導曲面式視差障壁型雙視域顯示器的設計觀賞位置並描繪觀賞視域，藉由調變相關參數，探討具有折射率基板下曲率半徑、可視角度及視差障壁位移量對觀賞視域大小與位置的影響，並加入交互干擾與均勻度評估影像品質。 本篇論文的研究將提供曲面式基板結合雙視域顯示器領域參數設計的參考，回饋設計分析及製程量測端；也期許未來可撓式雙視域顯示器的發展，能以此論文的論點作為深入研究的基礎。

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以化學氣相沉積法製備石墨烯與光電元件應用之研究

本論文中展示石墨烯轉印可視化系統，其採用聚對苯二甲酸乙二酯結合靜電吸附層所形成之無須高分子聚合物輔助之石墨烯轉印結構。藉由聚對苯二甲酸乙二酯結合靜電吸附層之固定物與石墨烯接觸之邊界吸附所形成的固定邊界條件，可以有效地抑制單層石墨烯在轉印工序中於銅濕蝕刻製程裡所形成之石墨烯裂縫。同時，此可視化系統可同步觀察到無須高分子聚合物輔助之石墨烯轉印過程中石墨烯裂縫形成的行為。 接著，研究以高溫化學氣相沉積法製備高品質石墨烯之最佳條件。在本實驗室直徑一吋石英管的條件下，單層石墨烯最佳生長條件為溫度 1000 °C，壓力 1.0 torr以及氣體流量分別為甲烷: 氫氣: 氬氣 =60:90:30。以拉曼光譜系統分析，高品質石墨烯之2D/G強度比可達3倍並且無缺陷。此高品質石墨烯大小可達面積長為8 cm寬為2.5 cm。此外，高品質單層石墨烯經由聚對苯二甲酸乙二酯結合靜電吸附層所形成之無須高分子聚合物輔助之石墨烯轉印後所得之面電阻值與材料穿透率分別為120.4 ohm/sq，97.35 %。 最後，將此技術應用於光電元件1.有機發光二極體與2.閘極場效電晶體。首先，以HBC分子材料去克服濕式製程之有機發光二極體以石墨烯做為陽極下電極所產生之輸水性質。藉由X射線光電子能譜學分析與紫外光電子能譜學分析HBC塗覆後能帶特性，可量測到導電高分子完全覆蓋之特徵頻譜。高溫化學氣相沉積法所製備之石墨烯經由聚對苯二甲酸乙二酯結合靜電吸附層所形成之無須高分子聚合物輔助之石墨烯轉印後的有機發光二極體元件特性在18V驅動電壓下可產生高達亮度6,500 cd/m2，此亮度值為石墨環轉印方式的2.9倍。此外，經由自組裝單層膜材料塗覆於二氧化矽基板上，可增加基板表面之疏水性以達到乾淨無雜質之石墨烯轉印。最後，將轉印後石墨烯製作閘極場效電晶體，室溫條件下，可量測到電洞之載子遷移率高達11,000 m2/(V·s)。

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應用於可見光波長成像系統的超穎透鏡

鏡片是在我們日常中被廣使用的元件，近年來，隨著製程技術以及電腦計算能力的發展，次波長結構組成的超穎介面得以實現。超穎介面是一種幾乎不存在於自然界的人造表面，通過許多次波長結構調製電磁波的相位、振幅以及偏振，能夠達到許多新穎的光學特性，超穎介面應用於成像光學我們廣泛稱之為超穎透鏡。在本論文中，吾人藉由時域有限差分(FDTD)、近遠場轉換(near-to-far-field transformation)以及實驗室開發的演算法，分別設計了三種不同應用的超穎透鏡，第一種是電控調製多焦超穎透鏡，我們結合扭曲向列型液晶(TN-LC)，提出了能夠在次毫秒內切換焦點的變焦透鏡，第二種是六角形排列的超廣角超穎透鏡，我們結合光線追跡(ray tracing)的方式設計單片達到幾乎全景式的廣角透鏡，第三種是寬頻消色差超穎透鏡，藉由特別設計的超穎結構，我們能夠使用單個光學元件在可見光波段消除色差。我們模擬的結果顯示了相比於傳統透鏡以及傳統繞射原件，我們所設計的超穎透鏡有著相近於繞射極限的光學性能，並且擁有很大的潛力能夠應用於多光種學系統之中。在本論文的最後，我們介紹了像是反向設計(Inverse Design)等方法，能夠打破現有局部性週期假設的設計方法，並且改善超穎透鏡的性能。此方法在理論上有機會設計幾乎於完美的透鏡，進而達到真正意義上的超穎透鏡。

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光學透明化運用在人體離體與活體皮膚之倍頻影像術上的效用與機制

光學清潔法可用來提升光學顯微鏡的成像品質與深度。然而，由於缺乏影像的細節資訊，其運用在人體皮膚上的效果與機制仍未被完全了解。此研究中，我們使用倍頻顯微鏡，藉由結合三倍頻與二倍頻的高解析度影像，研究光學清潔法使用在離體與活體皮膚上的效用與機制。實行光學清潔法後，樣品內部的折射率均勻度提升，造成三倍頻影像強度在上表皮衰減，而二倍頻影像在下表皮的強度變化作為一個可靠的指標，顯示光學散射在上表皮的減少。結合這兩個影像技術，可以獲得更多關於光學清潔法的細節。 在離體皮膚的研究裡，我們將九位受試者分配到四種不同的實驗條件，分別將皮膚樣品浸泡或是表面塗抹上100% 或是 50% 的甘油，研究在不同狀況下的光學清潔效果。在50% 塗抹的實驗條件下，發現角質層扮演一個重要的關鍵，其光學清潔效果在厚角質層的皮膚樣品更為明顯。 過去光學清潔法在活體皮膚的研究中，使用在手臂內側與手掌的結果有很大的差異，在薄角質層的部位，效果非常薄弱。這些過去的活體皮膚研究也與我們的離體皮膚研究也發現一樣的結果。然而，許多的光學療法以及光學診斷都是運用在薄角質層的地方，光學清潔法使用在此類薄角質皮膚上的效果及機制仍需要被研究與了解。在此研究的活體皮膚部分，我們將　50%　甘油塗抹在手前臂內側，我們將八位受試者分配到四種不同的作用時間（15, 30, 90, 180　分鐘），發現光學清潔法的效果在90分鐘以內的效用不明顯，而在180分鐘作用後，在三個受試者中有兩位有明顯的效果，在此類薄角質層皮膚的部位，越長的作用時間，有越高的機率達成光學清潔的效用。

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金屬電極對電阻式記憶體阻值切換機制以及碘化鉍結晶性之影響

本研究中，利用碘化鉍分別成長在活性金屬電極與惰性金屬電極上，探討其結晶性、型態與化學反應，進而研究其製成電阻式記憶體後的電阻切換效應。我們發現當碘化鉍成長於金電極上時，利用XPS和UPS皆可觀察到元件內部形成自建的金屬燈絲，故元件初始為低阻態，需透過Negative forming process方可切換至高阻態。但由於元件中缺少離子儲存層，故元件穩定性不佳。而當碘化鉍成長於銀電極上時，可明顯看到其結晶形態與在金電極上時不同，亦可由XPS觀察到銀與碘離子會反應使金屬鉍被還原出來，又藉由降低銀在元件中的含量，可降低Negative forming所需之電流與電壓。此種碘化鉍製成的電阻式記憶體元件，展現了良好的特性，可達9個級距的on/off ratio、10000秒以上的記憶儲存時間、1200次以上的開關，與≤500ns的高速操作在±1V內，藉由set process時的限流亦可控制元件的阻值，使該元件具有6個記憶儲存階段。這些特性顯示了碘化鉍是具有發展潛力的電阻切換材料，而本研究亦提供電阻式記憶體材料選擇的新觀點，有助於未來元件設計與電阻式記憶體結合光電元件的應用。

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金屬奈米結構散射與吸收特性之數值模擬

本論文中，我們藉由數值模擬的方法，探討特定形狀的金屬奈米結構之光學散射與吸收特性，尤其是在表面電漿子共振條件下。首先基於準靜態近似的假設，可利用等效媒質模式，將內部複雜的金屬結構模擬成等效的均勻介質結構，以簡化問題而便於計算。 在接下來的章節中，由於物體形狀簡易，因此我們不再使用等效媒質模式，直接就物體的真正結構作數值計算即可。在多孔金屬奈米球的研究中，我們藉由不同的金屬內部孔洞率，控制不同的表面電漿子共振波長。在金屬塗層介質球的研究中，我們發現了完整金屬塗層與部分金屬塗層間共振特性的差異。藉由不同的金屬塗層厚度，可達到控制不同共振波長的效果。而在銀奈米線的研究中，利用單根與多根的銀奈米線的數值計算，與既有的實驗結果相互比較，讓我們更了解其中的物理意義。透過研究不同形狀的金屬奈米結構，能使我們探究其光學特性與物理意義，這將有助於奈米科技的應用。

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分子束磊晶成長鉍薄膜的電性觀察與分析：半導體態、表面態和反弱局域

本論文以分子束磊晶系統(MBE System)將鉍薄膜成長於輕摻雜矽基板上，透過利用物理性質量測系統(Physics Property Measurement System, PPMS)進行量測，藉由改變溫度以及外加磁場大小，觀察鉍薄膜在不同厚度下磁阻的變化，並嘗試了解塊材(bulk)和表面(surface)的傳輸性質。 我們首先對零磁場下的阻值進行分析，在鉍薄膜較厚的情況下，阻值隨溫度降低所呈現出來的趨勢與大部分的文獻符合，表現出典型的半導體導電機制，而較薄的鉍薄膜在零磁場下隨溫度變化的行為我們猜測有多穩態的結構，會針對高溫和低溫的區域分別進行討論分析。 藉由觀察到低溫高磁場的曲線逐漸飽和的現象，認為趨於飽和的行為是由表面態所貢獻，依此假設，我們將利用three-band transport model對3種不同厚度樣品的變溫霍爾量測結果進行擬合分析，除此之外，我們也假設塊材內部為本質半導體特性，n = p = ni。 結果顯示較厚鉍薄膜的載子遷移率其值約為2000至10000 cm2/Vs，在高溫的區域(100K - 300K)有明顯的T-1.5特性，推測是受到acoustic phonon scattering，低溫的載子遷移率則明顯不隨溫度變化而有所變動，至於載子濃度則是隨溫度降低而下降，其範圍在1x1017 - 3x1018 cm-3，認為費米能階在導電帶，尚未看到能帶打開的現象；較薄的樣品載子遷移率其值可達到80000 cm2/Vs，表面態的載子濃度在低溫大約接近1013 cm-2數量級。 在最薄的10 nm樣品上我們觀測到反弱局域(weak antilocalization, WAL)的現象，藉由引入電子相位相干時間(electron dephasing time, τφ)來探討極低溫環境下的量子傳輸行為。

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廣頻吸收性濾波和受UPML概念啟發廣角寬頻吸收性頻率選擇面吸收器

各向異性單軸完美匹配層(UPML)原本只是全波模擬(Full-Wave Simulation)上的一種數值技巧；使用理想完美匹配損耗性介質，用以近似無窮開放空間藉此節省計算資源的虛擬吸收器。實際上因為製程技術與材料科學的進步透過利用各種次波長的高阻抗性超穎材料來組合出於設計波段(如微波、兆赫波)作用的吸收器之設計，也因此才能在物理上實踐出近似UPML存在的吸收器。在此篇論文裡我們不僅研究且利用數值分析呈獻出基於UPML的概念，一個對極化低敏感度、近乎全角度入射性、且極寬頻寬的超穎材料吸收器並用於解決傳統吸收器在厚度與相異極化斜向入射時穩定性的相衝突問題，而且也另外研究並展示出多個寬頻吸收器設計的相關應用，例: 無輻射的缺陷接地面結構吸收性共模濾波器，吸收性帶止濾波器。在上述濾波器設計裡引入並使用吸收概念來取代傳統反射概念，可同時地改善傳統反射濾波器缺點以及解決其他潛在電磁相容與相干擾問題。在此篇論文裡提到各式吸收器應用設計，其吸收的部分頻寬(fractional bandwidth)至少皆超過100%以上。我們提出的各式應用設計皆能透過全波模擬跟實驗量測結果驗證其效能跟理論設計方法正確性。本論文提出各式吸收元件都是具備寬頻、低敏感度、輕盈、且低成本特性具有潛力應用在各個領域與波段其中包括電磁相容性元件、匿蹤科技、兆赫波成像與偵測。

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Mirau全域式光學同調斷層掃描技術應用於活體大鼠角膜分析

由於3C產品的普及，用眼過度成為現代人常遇見的問題，臨床醫學中常被用來診斷的儀器為光學同調斷層掃描(Optical coherence tomography; OCT)，協助醫師對疾病的確診及手術後復原追蹤，並提供有助於判斷病理狀況、結構、厚度、深度以及細胞形貌等數據，最後達成數據化的醫療。 本論文中 OCT系統為Mirau 全域式光學同調斷層掃描系統，光源為實驗室自行生長的摻鈰釔鋁石榴石(Ce3+:YAG)晶體光纖的自發輻射(Spontaneous emission)，能產生中心波長560 nm，頻寬95 nm的光源。系統具備縱向0.91μm，橫向0.84 μm 的高解析度，用於掃描活體大鼠樣本時，能夠清楚解析角膜各個重要的分層與細胞結構，整體大鼠角膜厚度大約為175.1μm，分層的狀況為上皮細胞層39.1μm、前彈力層至基質層13.3 ±0.8μm、後彈力層8.2 ±0.4μm、內皮細胞層5.1 ±0.3μm。此外，本論文利用U-Net深度學習來訓練大鼠角膜的內皮細胞，促使未來輸入的影像能夠直接得到分割後的結果，降低人為手劃或圈選所增加的時間與錯誤，將內皮細胞標籤化後，用U-Net的模組來訓練約莫20張角膜內皮細胞數據，並且得到不會過度擬合的學習速率，以及影像對遮罩準確度為93.4%的正相關權重值，最後預測出重建後的細胞分割影像，計算量化的大鼠內皮細胞之細胞密度，大約2316 ±294 mm-2。 本論文展現OCT系統應用於活體眼睛量測之潛力，提供影像及數據可協助學術研究與臨床實驗，並撰寫U-Net深度學習來做影像分割及應用，未來希望進一步將量化後的成果應用於人體眼睛疾病診斷。

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光電數值優化以氮化铟鎵為主的面射型雷射

在這一篇文章中，一個以嚴格耦合波分析結合泊松擴散飄移電流以及薛丁格的模型被嘗試的去建立了，可以達到去模擬有關面射型雷射的研究，並且進一步的嘗試優化，嚴格耦合波分析在這裡是為了要模擬布拉格面鏡的反射率，整個結構下的電場，從得到的電場能再去得到量子井佔所有電場的比例，之後用這一比例可以去獲得閥值增益，之後使用泊松擴散飄移電流以及薛丁格，去得到波函數以及電子電洞的交疊以及電流，此外帶尾態這一個概念被引進了，之後得到增益，最後利用增益大於閥值增益時，會達成雷射條件，以此去獲得閥值電流，此外二維的嚴格耦合波分析以不同的極化方向得到布拉格面鏡的反射率，以及遠場圖也被建立了。