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學術研究

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研究領域

領域簡介

  • 研究群
  • 簡介
  • ▲Top 光電系統研究群:
     


    專任師資與實驗室:
    ▲Top
    賴暎杰(Yin-Chieh Lai) 光纖光學實驗室(Fiber Photonics Lab.)
    陳智弘(Jyehong Chen) 微波光電元件實驗室(Microwave Photonics Lab.)
    黃乙白(Yi-Pai Huang) 前瞻顯示光學實驗室(Advanced Display Optics Lab.)
    鄒志偉(Chi Wai Chow) 光通訊系統實驗室(Photonic Systems Lab.)
    田仲豪(Chung-Hao Tien) 光資訊系統實驗室(optical information syatem lab.)
    謝漢萍(Han-Ping D. Shieh) 顯示系統實驗室(flat panel display system Lab.)
    戴亞翔(Ya-Hsiang Tai) DADS實驗室(Data & Analysis and Design for Display System Lab.)

    兼任師資:  

    ▲Top 研究方向:
    量子光固子理論、數位光學、向量繞射理論、色彩工程、超低耗能液晶顯示技術、非晶態金屬氧化物薄膜電晶體、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池之CIGS薄膜及元件製程技術開發、光電顯示


    ▲Top 量子光固子理論:
    量子光固子理論之發展,以及新型鎖模光纖雷射與光纖元件之實驗與理論探討。其中有關量子光固子理論之發展是其主要的科學貢獻,不只為量子光固子現象提供了物理的理解,也提供了一般性的理論工具來研究非線性光脈衝量子傳播問題。其有關鎖模光纖雷射之研究則深入釐清了鎖模光纖雷射動力學的一些新機制與應用,而其有關光纖元件之研究則較屬工程性質,但仍時有新的創意。

    ▲Top 數位光學(digital optics) :
    數位光學又稱為計算機成像光學(computational imaging),結合了傳統成像光學設計與數位影像處理技術。根據成像系統所需要之不同功能,如擴展景深、三維資訊擷取、頻譜影像以及超解析等需求,過去利用透鏡優化的功能如今許多部分已用全數位化方式進行。藉由不同的光學架構與數位影像感測器、整合後段影像處理已成為光學產業的趨勢及下一波的明星技術。目前實驗室主要將數位光學技術應用於生物特徵擷取,如虹膜、臉部等影像。與逢甲資工栗永徽教授合作,將捕捉的紅外或特定影像資訊,進行身份認證以及其他特殊應用。

    ▲Top 向量繞射理論(vector diffraction theory) :
    繞射(diffraction),是光具有波動性的一項顯著特徵。當光波傳遞遇到障礙物,波前發生擾動進而導致傳遞方向發生變化,此現象稱為繞射。在一些特定的應用或微觀尺度下,純量光學已無法準確描述繞射現象。我們研究以正交模態極化光場作為基底,配合波動光學的基本理論,討論自由空間下高數值孔徑之向量繞射模型。由於任何的光場分佈皆可由兩個正交的極化光做線性疊加,如x與y方向線偏振,或是右旋極化光與左旋極化光,我們研究不同極化分佈(inhomogeneous polarized illumination)對於三維點擴展函數(3D point spreading function)的影響。並進一步討論其與物質的交互作用、表面電漿激發以及成像關係。

    ▲Top 色彩工程(color engineering) :
    當我們睜開眼睛,就可以看見多采多姿的美麗世界。基本上色彩是電磁輻射作用於人類視覺受器所引發的刺激。由於人類視覺系統的特殊頻譜響應(spectral sensitivity 400-700nm),在整個電磁頻譜當中,僅有一小部分能引起人類視覺響應,稱之為可見光(visible),離開了人眼,色彩毫無意義。相反的,大自然所提供的物理度量為光譜能量分布(spectral power distribution)。以本質來說,色彩是一種光學現象,是光刺激人眼的結果。就以我們所觀察之物體顏色為例,其中至少牽涉到三項基本的物理機制: 1.光與物體之交互作用(scene physics),以巨觀的角度,一般用BSSDF (bidirectional spectral scattering distribution function)等函數表示2.色彩模型,例如色度學(colorimetry) 或是色外貌模型(color appearance model)等3.光源頻譜特性,一般為白光照明。本實驗室在色彩工程的研究主要分為顯示與照明應用。

    ▲Top 1472_c6311131.png 1473_dd342b20.png 超低耗能液晶顯示技術:
    全球化的氣候異常變遷已被公認為近年來最重要的環保問題,面對這樣的窘境,開發且廣泛使用節能家電用品成為讓地球永續發展的重要一環。有鑑於電視及電腦相關顯示產品的用電量約佔家用電的百分之十,因此,本計畫除了提升顯示器的影像品質外,更朝向低耗能的環保液晶顯示技術發展。
    色序型液晶顯示器在不需要彩色濾光片的情形下,可提升三倍的光使用率而進一步降低電能消耗,但色序型顯示器確有著致命的潛在缺陷:色分離現象,此缺陷將大幅降低影像品質,甚至造成人眼觀看時的不舒適感。不同於先前需要超過300Hz的子畫面更新頻率,謝漢萍教授團隊利用生活化的版畫概念提出120Hz Stencil-FSC技術,有效改善色序型液晶顯示器的色分離現象,除此之外,團隊將高效率的白光LED應用在RGB-LED以進一步降低電能消耗達傳統色序型液晶顯示器的25%。除了彩色濾光片外,面板中的偏光板更是能源消耗的另一殺手(超過50%的光吸收),因此,團隊更進一步拿掉偏光片,除了增加光使用率外,更降低了約10%的成本,為使無偏光片的液晶面板達到足夠的影像對比度,團隊結合先前Stencil-FSC的分區背光調控技術,使得在少了偏光片的情形下,影像品質仍可與傳統液晶顯示器相當。

    ▲Top 非晶態金屬氧化物薄膜電晶體:
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    (圖一:不同波長下a-IGZO TFT的ID-VG圖)
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    (圖二:a-IGZO TFT 隨著時間元件的ID-VG圖)

    透明非晶態銦鎵鋅氧化物的載子遷移率已超越使用在液晶螢幕面板中的非晶態矽,並實現透明電子產品。與環境的水氧反應和偏紫外光波段波長的吸收造成非晶態銦鎵鋅氧薄膜電晶體 (a-IGZO TFTs)的不穩定性,在商品化的過程將是一個重大的議題。近年來隨著a-IGZO TFT研究的興起,目前已經可以看到使用a-IGZO TFT驅動的AMOLED及AMLCD了。但是a-IGZO存在著一些本質上的缺點,例如對光敏感及對水、氧等的敏感及長期穩定,此外, a-IGZO TFT的電性模型到目前為止也是極少有研究報導。然而,a-IGZO TFT長時間操作的可靠度也是需要努力改進的。
    研究發現a-IGZO TFT在短波長下會影響TFT的電性與元件隨著時間電性變化(圖二)。目前研究指出水、氧與光和a-IGZO膜的接觸將影響TFT元件的特性,因此保護a-IGZO膜成為一個重要的議題。

    ▲Top 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池之CIGS薄膜及元件製程技術開發:
    因應全球能源危機,導致綠色能源及太陽能產業的蓬勃發展,開發高效率且具備高應用性之薄膜太陽能技術將是全球趨勢之一。有鑑於目前主要的太陽能發電技術多半面臨材料成本昂貴及轉換效率不佳之問題,目前本實驗室已積極投入高效率薄膜太陽能技術之研究與製程開發。
    太陽能電池之光電轉換原理如圖一所示,經由PN半導體接面之內建電場使光照激發之電子電洞對產生漂移現象,電子流向表面電極、而電洞會聚集在底層電極,產生如圖一所示方向之光電流。

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    太陽能電池光電轉換示意圖

    1479_712b73ee.jpg 1480_d00f7923.png 化合物型薄膜太陽能電池的技術中,銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池技術擁有良好的光吸收效率、高轉換效率、低材料製造成本、及高度的戶外環境操作穩定性,被視為未來最有潛力且適合長期發展及應用的高效率太陽能電池技術之一,圖二為一銅銦鎵硒太陽能電池元件示意圖。目前,本實驗室正重點研究關鍵銅銦鎵硒光吸收層材料,以適合大面積量產之製程技術為前提,以連續式濺鍍技術,進行薄膜之沉積、配合去雜質及結晶處理技術完成關鍵光吸收層之製作,最後配合底層、表層金屬、緩衝層、及透明導電氧化層,目標以可大尺寸量產技術達到整體元件之製作。
    另一方面,硫化鎘材料目前廣泛使用於銅銦鎵硒太陽能電池技術之中,鎘污染問題一直是目前各國積極避免之環境污染問題。除太陽能元件製作外,本實驗室更積極開發此緩衝層之替代材料,使高效率銅銦鎵硒太陽能電池技術可以達到真正的無污染之綠色能源技術。

     

    ▲Top 光電顯示:
    一般液晶透鏡為了達到良好的透鏡曲率,但卻造成高操作電壓及長反應時間等缺點,本技術利用一高阻值材料塗佈於液晶盒內部電極,不但能達到透鏡曲率的有效控制,更能將操作電壓降低至5Volt,反應時間僅需0.8Sec,因此可應用於3D立體顯示技術上,使其可達到快速的2D/3D切換,並於旋轉後仍能觀賞3D影像;此技術已成功技轉至下列3間相關產業應用的公司。另外,此技術同時可應用於具變焦功能的微型相機或投影機鏡頭,以及延伸至單鏡頭3D影像相機。

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    (影片連結:http://www.youtube.com/watch?v=XxjK6Vae5eM&feature=youtu.be)

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    (影片連結:http://www.youtube.com/watch?v=Te48U2ZTGuM) 當3D顯示技術成熟後,未來使用介面必定需要實際上去觸碰浮出螢幕的3D影像,然而現行的3D互動架構均需大型的附加設備,因此相當不適用於日益輕薄的可攜式電子裝置。因此本團隊率先提出,適用於薄型可攜式電子裝置之三維立體互動/觸碰系統。我們創新地提出以內嵌式光學感測器為基礎的3D立體互動架構,其模組包含了內嵌式光感測器、裸眼3D顯示器、互動演算法IC及光學架構,此互動系統不須增加系統體積、使用者也不需配戴額外裝置即能進行三維互動,此外還能夠偵測更高複雜度的手勢變化,可說是目前最適合應用在可攜式電子商品的互動系統。此系統已於2010橫濱光電展中成功展出,並獲得 [第六屆宏碁龍騰微笑競賽 銀牌獎] 的肯定
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