第九十二期 2013年12月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:吳肇欣教授  主編:林筱文  發行日期:2013.12.25
 
 
 本所何志浩教授榮獲中國電機工程學會「102年度優秀青年電機工程師獎」,特此恭賀!

 本所黃建璋教授榮膺「2014 SPIE Fellow」,特此恭賀!

 以下為近期本所教師指導學生榮獲學生論文獎項,特此恭賀!

 

年度 得獎學生 獎 項 指導教授
102 汪孝倫

中國電機工程學會102年「青年論文獎」第三名

吳肇欣
102 吳仲倫

財團法人中技社102年度「科技獎學金」

林恭如
102 林泳詳

102年度科林論文獎博士論文頭等獎

林恭如
102 汪孝倫

102年度科林論文獎碩士論文優等獎

吳肇欣
102 蔡明亨

102年度科林論文獎—碩士論文優等獎

劉致為

 

 
 
11、12月份「光電論壇」演講花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 102年11月29日(星期五)下午3點30分
講者: 杜武青教授(Distinguished Professor, ECE Dept., University of California
講題: Bandgap Engineering and Device Applications of Dilute Nitrides
  杜武青教授於11月29日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。杜教授本次演講題目為「Bandgap Engineering and Device Applications of Dilute Nitrides」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

 

杜武青教授(右二)與本所教師合影。

 

2013光電論壇暨諮詢委員會
時間: 102年12月13日(星期五)08:40~16:40
地點: 博理館101演講廳
  本所於2013年12月13日(星期五)舉辦「2013光電論壇暨諮詢委員會」活動,邀請美國、香港及臺灣本地知名學者至光電論壇發表演說,本次論壇講者資訊如下:
 
時間: 09:00~09:50
講者: 常瑞華教授(University of California at Berkeley, USA
講題: Nanophotonics Using III-V Nanopillars Grown on Silicon
 
時間: 10:10~11:00
講者: 張希成教授(University of Rochester, USA
講題: Challenge and opportunity for remote sensing with THz waves
   
時間: 11:10~12:00
講者: 劉紀美教授(Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong)
講題: LED on Silicon (LEDoS) for Intelligent Lighting and Display
   
時間: 14:00~14:50
講者: 祁甡教授(National Chiao Tung University)
講題: Ultra-High Capacity V/W-band Optical/Wireless Systems Enhanced with Digital Signal Processing, Poems and Optics
   
時間: 15:10~16:40
講者: 蔡定平教授(National Taiwan University)
講題: Plasmonic nano bumps, vertical U-shape ring and toroidal metamaterials
 

 

合影教師介紹(由左至右):黃建璋副所長、黃升龍教授、張希成教授、常瑞華教授、林恭如所長、劉紀美教授、楊志忠教授、張宏鈞教授、邱奕鵬教授 。

 

 

 
 
 

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

撰文:光電所碩士班學生呂韋辰

【之四】

在前往一個陌生的環境前,一定都會對當地的生活機能充滿疑惑恐懼:在外面買吃的方不方便?大眾運輸工具是不是往來頻繁?在台灣生活多年的我們,已經習慣食物唾手可得;24小時營業的商店,更是便利了我們的生活。但是到了國外,這些我們認為理所當然的事情,可能要被全盤推翻 。

食:歐洲不像台灣一樣到處都有小吃,通常外面能找到食物的地方就是餐廳,不過一道主菜往往13歐元起跳(~520NTD),如果還點前菜(~200NTD)、點心(~200NTD)、飲料(160~240NTD),一餐下來花費也相當可觀,更不用說把外食當做日常生活模式的我們,所以尋找省錢的方法就變得非常重要。(1)自己煮:每個國家都有規模較大的量販店(ex. 英國:TESCO,比利時:DELHAIZE),除了佔地面積大的店面外,也會在城市各角落設立小的便利商店。賣的東西除了雜糧、生活用品外,也會有蔬菜水果、肉類等生鮮食物,有點像是縮小版的頂好超市。如果每天都在家裡煮菜的話,一次採買一周食材大概30歐元內可以搞定。而且歐洲很常有食物促銷活動,抓準時機的話,便宜價錢也是能買到好貨的。(2)學校餐廳:想當然學校餐廳就是學校跟廠商合作,讓學生能以優惠平實的價格吃到營養健康的食物。不過比起台灣學校餐廳,外國學校菜色的變化就比較少。簡單的話可能就一條長棍麵包三明治,或是沙拉配水果。熟食的話大多以主菜的肉搭配薯條、馬鈴薯等,價格大概在200NTD上下。(3)速食:有時候嘴饞又貪圖方便時,速食店就成了最方便的選擇。在歐洲各地幾乎都可以發現麥當勞的影子,其它像漢堡王、肯德基也能找到。比較特別的是,外國的速食店為了配合當地飲食特色,可能會推出台灣沒見過的套餐,不妨嘗試看看。不過因為物價高的關係,那邊速食店的價格至少是台灣兩倍以上,甚至在更高物價國家(瑞典、瑞士)可能會到三倍。另外一個在歐洲很流行的食物就是來自土耳其的Kebab(夾膜包肉,有點類似台灣的沙威瑪)。Kebab的普遍性比速食店來得高,而且價格也便宜(~200NTD),對於在旅行又想省錢的人來說也是一種選擇。

衣:歐洲天氣不像台灣長時間炎熱,即使夏天氣溫也不常超過30度,這也是為什麼夏天時非常適合到歐洲旅遊。這邊通常九月氣溫開始轉涼,晚上需要加件薄外套,到了十二月氣溫已是降到零度附近,之後更可能降到零下十度上下,非常寒冷。不過那邊房間習慣裝設暖氣,所以在房間待久反而會覺得熱,因此外出時洋蔥式穿法就很重要。洋蔥式穿法就是一層一層地分別把薄外套、厚外套加在衣服上,如此一來當感到沒那麼冷時,就可以看需求加減外衣。

住:歐洲的住宿費用也是相當高昂,幾乎佔整月開銷的一半以上。在St Andrews時學校有提供學生宿舍,而且有不同種類可以選擇(主要是套房或雅房式),當然價格也差很多。像我住的Fife park house是兩層樓的建築,上下層樓各住三個人,有共用的廚房、衛浴、廁所設備。這邊平均下來一個月房租大約台幣一萬五,在台灣算是很貴的,但在St Andrews卻是最便宜的宿舍…。住house的好處就是大家很容易在廚房或房間任何角落見到面,是個跟室友相處培養感情的好地方;缺點就是房間的隔音有點差,有人在門外走動或是在房內講話都可以聽得很清楚,所以很要求自己生活品質的人必須把這點納入考慮。套房的房租就將近變成兩倍,約三萬元台幣。每個套房有自己的衛浴設備,門口也要有卡片才能刷入,不過廚房也是共用的,空間比house來得大,唯一的缺點就是大家會比較常待在自己房間,跟室友的交流也就相對比較少些。比利時的布魯塞爾自由大學是沒有辦法提供宿舍的,可能因為學校一次跟學生簽約一年,對於我們下學期才去的就沒有辦法空出房間,也因此必須要自己去外面找住宿的地方。學校有提供一個租屋網站Brik (http://brik.be/),這個網站和自由大學有簽約,在上面刊登的租屋必須要符合一定的規範,如果跟房東有糾紛的話也能多層保障。布魯塞爾的月租金平均約一萬六台幣,想要找便宜的,不是要很早就開始找房子,不然就要把尋找範圍放在城市的郊區地帶。如果不想要花很長時間在交通上面的話,還是建議找學校附近的租屋。如果在根特大學的話,學校就有提供宿舍,倒是不用太擔心找房子的問題。

行:St Andrews是個大學城,學校的機構都散落在小鎮各地,雖然有巴士運行,但路線都是通往其他城市,鎮內也只停留幾個點,班次少、單價高,不適合當作每天通行的工具。通常都會跟前人買輛二手的腳踏車,可以恣意穿梭在學校間,去鎮上買東西也很方便。再不然雙腳萬能,靠走路也是可以來回鎮上跟宿舍,只是從宿舍到系館要20分鐘,系館到鎮上也差不多20分鐘,會花掉不少時間。由於布魯塞爾是歐洲轉運大都市,多類型的交通工具自然不可少,舉凡火車、地鐵、地上電車、公車巴士都很頻繁。在都市內移動可以買交通票,包含後面三種交通運輸工具刷卡後一小時內都可以任意搭乘,只是票價也不便宜:買單次票的話一張接近80NTD,建議可以買多次票,平均下來每趟會便宜許多(十次~520NTD)。【精彩內容,下期待續~】

 

 

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2013  系列報導 ~

(時間:102年10月8日至10月14日;地點:南京大學、揚州大學)

【之四】

撰文:光電所博士班學生蔡承樺

2013年第六屆兩岸光電科技博士生學術論壇於10月9日至10月10日在揚州舉行,10月9日在江蘇省教育廳領導、南京大學物理學院院長李建新教授及南京大學研究生常務副院長許鈞教授開幕致詞後展開,緊接著是國立臺灣大學光電所所長林恭如教授及南京大學物理學院祝世寧院士的邀請報告。這次參與兩岸光電科技學術論壇的學校分別有南京師範大學、南京理工大學、蘇州大學、南京航空航天大學與揚州大學,而主辦單位則是南京大學物理學院與國立臺灣大學光電工程學研究所。

學術論壇主要分為八項類別,依序為:

Session A: Laser optics and optical devices

Session B: Solid State Lighting and Display

Session C: Integrated optics devices - Grating

Session D: Optoelectronic Materials & Graphene

Session E: Nonlinear Optics

Session F: Solar cells & Physics optics

Session G: Micro-nanostructure

Session H: Quantum emitter

2013年10月10日上午的學術報告由太陽能電池(Solar cells)和物理光學(Physics optics)做為開端,太陽能電池在新興的綠色能源裡佔有極大的比重。一開始由于濤教授指導的包春雄同學進行關於太陽能電池的學術討論,內容主要提到TiO2材料由於本身較高的電子遷移率,耐光性、低成本和毒性已經成為太陽能電池領域裡較具吸引力的材料之一,而有待改進的是它較寬的能階帶而導致可見光無法被含有TiO2元件利用轉換成電能使用。

緊接著是由何志浩教授指導之魏子喬同學,魏子喬同學所報告的內容也是關於太陽能電池,其內容主要討論的材料為SrRuO3,研究中經由SrRuO3能在室溫條件下稍微地扭曲本身的單一立方晶體和金屬導電率的特性,再利用此特性導致電子在固體不同分佈及自旋相關結果所產生的鐵磁性和磁效伸縮效應應用於太陽能電池。在太陽能電池類別討論的最後,由吳小山教授所指導的馬李剛同學報告,研究中主要提及CdTe利於應用於太陽能電池的特質、試圖在材料中添加具有能帶較高的氧化物改進CdTe材料本身之特性和在CdTe薄膜形成過程後的退火製成添加CdCl2有助於薄膜中載子之增加。

另一個討論的主題環繞在微米及奈米結構(Micro-nanostructure),首先由王牧教授指導之蔣尚池同學做報告,研究中主要在金屬薄膜上製作魚叉型結構來建構並達到完美的吸收器(absorber)。接著由王鳴教授指導之姚潔同學做報告,研究中提及兩種方式來誘發電漿穿透現象(Plasmon induced transparency phenomena),其中一種是利用各自獨立的電漿共震器相互表面干涉後造成,可以應用在生物檢測器、發光及光學濾波器。

緊接由張宏鈞教授指導的石璧魁同學做學術報告,石璧魁同學的報告主要利用有限元素法(finite-element method)建構一個複雜的通用模型來解決關於周期性結構的光學模擬。最後由高雷教授所指導的黃楊同學做報告,其研究建立了一有效介電質理論來推導出奈米線的介電係數及磁導率,最後再經由微弱散溢的粒子對於電磁散射來做進一步的討論。

2013 兩岸光電科技博士生論壇與會者合影

 

之五

撰文:光電所博士班學生楊伯康

此次第六屆海峽兩岸光電科技博士生論壇,在10月10日第二部分的議程部分,第一位報告者為來自南京大學的姜建娟同學,其報告題目為利用電漿能隙(plasmaonic band tuning)之調變來增強染料分子的螢光放射強度。主要原理是利用螢光放射強度與表面電漿的能態密度(DOS)關係,如能在介面得到越集中的電漿模態分布,將能大大提升整體器件的螢光強度。在光場強度分布的預測上,他們也預先使用了(FDTD)軟體模擬;在實驗上則使用PMMA薄膜在相同周期,但不同凹槽寬度的光柵組成器件來測試。其實驗結果不僅能與模擬結果預測相符,也實際地呈現了染料的螢光強度之提升是來自於表面電漿模態的增強。

第二位報告者為來自臺灣大學的程志賢同學,其報告題目為Multicolor Si Quantum dot embedded in SixOy Thin film MOSLED with 2.4 % External Quantum Efficiency,其報告內容為發展一種結合矽量子點(QDs)應用於MOSLED器件上,來提升LED的外部量子效率。藉由改變製程中濺鍍的功率數值、時間、以及氣體流量,使得LED器件能發出不同波段的電致發光。此外,隨著濺鍍功率的提升,可發現MOSLED的外部量子效率由1.9*10-3% 上升至 2.4%,且功率轉換比率也從1.8*10-7上升至1.7*10-3,這可歸功於加入了矽量子點後的量子侷限效應之增強所致。

第三位報告者為來自南京大學的萬明杰同學,其報告題目為Theoretical analysis of molecular fluorescence enhancement via dielectric-coated metal nanosphere antenna,其報告主要內容是利用金屬粒子包覆介電質之殼層 (core-shell) 結構,由於其局部表面電漿效應(localized surface plasmon)的增強,能提供更高的螢光產生速率。藉由金屬粒子引入的局部表面電漿效應取決於粒子的組成、型態、表面形貌、介電質環境等因素,而螢光產生後便會被金屬粒子表面所吸收。由結果發現,此種金屬粒子包覆介電質之殼層結構能利用局部的表面電漿效應,對於螢光的產生速率有了明確的提升。

第四位報告者為來自臺灣大學的尹煜峰同學,其報告題目為Spatially Adjusted Spontaneous Emissions from a Photonic Crystal embedded Light-Emitting Diode,其報告主要內容是利用光子晶體 (photonic crystal, Phc) 於GaN-based LED 結構中,提升LED的出光效率和方向性。一般來說,GaN-based LED的出光效率取決於內部模態之萃取長度,以及光子能矽的品質因素(Quality factor)。而光子晶體的引入,便是扮演著類似繞射光柵的角色,來進行萃取光的動作。然而,由於光子晶體和傳播模態很難產生疊加,另外一個議題便在於製造較大的能隙(band gap engineering)。由結果發現,藉由光子晶體的引入還有能隙的製作,對於LED的出光效率都能有著明顯的提升。

整體來說,在研究領域上,發現兩岸的方向雖有著明顯不同,卻也因為這種差異性,激起了更多交流與更多的深度互動。不論是在實驗經驗,還有理論架構,都能有更多分享與討論的機會。此外,也藉由這次活動,和一同在臺灣研究的同學,拉近了彼此的距離,往後也能有許多共同研究的機會。能參與此次論壇,真的讓我受益匪淺。

 

 
     
 
 
Simulating light transmission through a metallic thin film perforated with 2D periodic array of multiple-slit apertures

Professor Hung-chun Chang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 張宏鈞教授

The phenomenon of extraordinary transmission through periodically arranged sub-wavelength holes in metal films has attracted considerable interest during past decades. The main mechanisms responsible for this phenomenon have been widely believed to be the excitation of surface plasmon polaritons (SPPs), or the surface electromagnetic (EM) modes, and Wood’s anomalies (WAs) set up by periodically arranged holes. In addition, it has been shown that the shape of the aperture, resulting in shape resonances (SRs), has a strong effect on the transmission spectra. In this work, we study the optical properties of differently shaped apertures composed of one to three horizontal slits, named x-arm slits, and one vertical slit, named y-arm slit. Figure 1(a) shows the geometry of a unit cell of one sub-wavelength metallic structure example we study. The metal (silver) film with thickness 75 nm is coated on a silicon substrate. An in-house developed 3D finite-difference time-domain (FDTD) method numerical model is used to simulate the EM field distributions and transmission spectra under normal incidence of light. Periodic boundary conditions are applied to the xz and yz planes to simulate a square periodic array of apertures. The SR wavelength might dominantly depend on the slit length. But for more complex-shaped apertures, the SR paths may have some ambiguities to be estimated by the modified cutoff wavelengths of the rectangular waveguide (i.e., λres = 2neffLres/m, where is the effective refractive index, Lres is the resonant length, and m is an integer) due to the slight difference of the Lres between those possible contours. We have found that analyzing the near-field features is helpful in distinguishing the SR modes. For example, the modulus of the electric field, |E|, defined by , contours clear geometry of the resonant length. Within the SR paths, the distribution of the phase component parallel to the polarization of the incident light (e.g., φEx under x-polarized light) is quite homogeneous and the phase component along the propagation direction, φEz, exhibits a 180jump at the center of the slit width. By focusing on the anti-phase property of φEz along the SR contours and the symmetry requirement preserved for certain polarization state of light, those SR paths that cannot meet the above two criteria together are obviated and the possible right ones are left. In order to testify the validity of such principles in determining the SR paths, we design a set of apertures with onefold or twofold mirror symmetry, composed of x-arm slits and one y-arm slit, as shown in Fig. 1(b). We find the FDTD-obtained field-profile predictions agree well with the real SR modes, which are validated by the near-field analyses. Moreover, we discuss how the separation distance between slit elements in the apertures affects the SR wavelength under specific incident-wave polarization, showing how the coupling between adjacent slits would play a role in the variation of the spectra, as shown in Fig. 1(c). By delicately studying the properties of such factors and how they interact, we could manipulate the spectra with an additional degree of freedom, which could be important to structures with multi-holes or multi-slits in one unit cell. (Hui-Hsin Hsiao and Hung-chun Chang, in META’13 Abstracts, pp. 161–162, March 18–22, 2013.)


(a)


(b)


(c)

Figure 1. (a) The unit cell and the near-field plane cut in our simulation. (b) Top view and structural parameters of samples 1–5. (c) Transmission spectra with an y-polarized light under normal incidence. The inset shows two adjacent unit cells with separation distances between the x-arm slits, s1 and s2, specified.

 

 
Strain reduction and crystal improvement of an InGaN/GaN quantum-well light-emitting diode on patterned Si (110) substrate

Professor C. C. (Chih-Chung) Yang's group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 楊志忠教授

The comparisons of the morphology, material property, and optical characteristics of a crack-free InGaN/GaN quantum-well light-emitting diode (LED) structure of completely coalesced overgrowth on an a-axis-oriented one-dimensional trench-patterned Si (110) substrate with the other two samples grown on flat Si (110) and Si (111) substrates are demonstrated. This sample on patterned Si (110) substrate shows the highest crystal quality, weakest tensile strain, largest internal quantum efficiency, strongest LED output intensity, lowest device resistance, and smallest spectral shift range in increasing injection current. The small spectral shift range indicates the weak quantum-confined Stark effect. The advantages of this sample are attributed to the small lattice mismatch between Si and GaN along the m-axis, the reduced thermal stress along the m-axis, and the minimized upward-propagating dislocation density. Figure 1 shows the cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) images of the sample with patterned Si (110) substrate (sample A). One can see the preserved trenches in the Si substrate. Figure 2 shows the plan-view SEM images of the three samples: (a) patterned Si (110) substrate-sample A, (b) flat Si (110) substrate-sample B, and (c) flat Si (111) substrate-sample C. Only sample A is crack-free. Figure 3 shows the Raman scattering spectra of the three samples. Sample A is strain free. Figure 4 shows the LED output intensities (left ordinate) and spectral peak energies (right ordinate) as functions of injection current of the three samples. Sample A has the highest output intensity and the smallest spectral shift.

Fig. 1 Cross-sectional SEM images of the sample with patterned Si (110) substrate.

 

Fig. 2 Plan-view SEM images of the three samples: (a) patterned Si (110) substrate, (b) flat Si (110) substrate, and (c) flat Si (111) substrate.

 

Fig. 3 Raman scattering spectra of the three samples. Fig. 4 LED output intensities (left ordinate) and spectral peak energies (right ordinate) of the three samples.


 

 
     
 
 
論文題目:氮化物奈米結構的穿透式電子顯微研究

姓名:張文明   指導教授:楊志忠教授

 

摘要

首先我們報告利用有機金屬氣相沉積技術利用氣態-液態-固態長晶模式(VLS)在c平面藍寶石基板上的氮化鎵層上成長氮化銦鎵奈米柱。在氣態-液態-固態長晶模式下,我們使用金的奈米顆粒當作催化劑,而奈米金顆粒係在氮化鎵層上面以高功率雷射照射金薄層產生。氮化銦鎵奈米柱成長後,我們使用穿透式電子顯微鏡的能量散佈能譜儀及高角度環形暗場像(HAADF)觀察到氮化銦鎵奈米柱的螺旋式沉積結構,我們在長晶的方向觀察到準週期性銦成份的變化,這乃由於沉積過程中銦的過飽和所造成,氮化銦鎵奈米柱的螺旋式沉積是由於在氮化鎵基板上之螺旋式差排所造成的,另外,我們於規則排列的氮化鎵奈米柱上使用不同溫度、不同時間及不同銦的流量來成長氮化銦鎵/氮化鎵量子井結構,我們使用陰極射線致發螢光光譜來比較奈米柱頂端形成具極性的c平面圓盤狀量子井結構以及奈米柱側壁形成非極性的m平面量子井結構發光波長的變化,可以觀察隨著量子井沉積時間之增加、沉積量子井的溫度的下降、以及沉積量子井時銦的流量之增大都會使陰極射線致發螢光波長變長,另外我們使用穿透式電子顯微鏡影像的應力分析,我們可以得到應力分析的量子井平均寬度及平均銦含量的變化趨勢與陰極射線致發螢光波長變化相符合。

圖一、氮化銦鎵奈米柱穿透式電子顯微鏡影高角度環形暗場像。

圖二、氮化銦鎵/氮化鎵量子井奈米柱穿透式電子顯微鏡影像(a)及高角度環形暗場像(b)。

 

 

論文題目:矽基板上氮化物發光二極體之技術發展

姓名:陳志諺   指導教授:楊志忠教授


摘要

在本論文中,我們實現了生長氮化鋁緩衝層的新穎技術,以降低在矽基板上生長氮化鎵所產生的拉伸應力。藉由溫度漸變的方式生長氮化鋁緩衝層,便可利用氮化鋁緩衝層中的熱應力來抵抗降溫過程在氮化鎵薄膜中所產生的熱應力。我們成功地在(111)面矽基板上生長3.7微米厚的無裂痕氮化鎵薄膜,而拉曼散射分析顯示薄膜中的殘留應力已有效地降低。將這技術應用在生長氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井上,可以大幅地降低量子侷限史塔克效應,因而提高量子井的發光強度。我們亦比較了在藍寶石基板及矽基板上所生長的量子井,以分析不同的襯底應力對量子井發光特性的影響,並提出了應力模型來解釋。

因為矽基板會吸收可見光,如何降低吸光所造成的光損耗是提升發光二極體效率的重要議題。為了增強在矽基板上所生長的氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井發光二極體的出光效率,我們設計了(110)面的圖案化矽基板,其條狀圖案沿著[1-10]Si || [11-20]AlN 的方向。在條狀圖案化矽基板上所生長的氮化鎵薄膜具有較佳的晶體品質,而散佈在晶圓表面的溝槽可以產生很強的光散射以提升出光。因此,在(110)面條狀圖案化矽基板上所生長的發光二極體,和在(110)及(111)平面矽基板上所生長的發光二極體相較之下,具有較強的光輸出。

此外,我們在Si(111)基板上製作網狀圖案,於其上生長相同的發光二極體結構。並且提出一個應力變化模型來預測,增加溝槽的深度可以降低殘留應力。從電子顯微鏡影像、拉曼散射頻譜及光致發光頻譜的分析結果顯示,較深的溝槽確實可以降低殘留應力。我們也證實了溝槽效應對於應力補償是個很關鍵的限制。

圖一 圖二
 

 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、張劭宇 —

如紙般的反射鏡

歐洲的科學家發表了一種可以調變反射波波長以及極化方向的薄型、可彎曲鏡子,因為這些窄頻(頻寬約100奈米)的反射鏡的製程簡單、成本不高,因此很適合應用在電子閱讀器、智慧型信用卡、劑量計等產品,它們提供了鍍銀反射鏡之外的另一種新選擇,Gia Petriashvili及其共同研發團隊(參考資料2)利用膽固醇液晶混合一些活性單體分子(RM 257)、旋光劑(ZLI-811)、紫外光光引發劑(Irgacure 2100)來製作反射層,這一層混合物被塗在紙的基板上面,並且在上面覆蓋一層具有保護性的聚合層(如圖一),接下來再將這種個結構以紫外光照射使之聚合以達到可撓曲以及機械強度增加的效果(如圖二)。

圖一、可饒式膽固醇面鏡結構示意圖。

圖二、聚合完成後的CLC反射鏡擁有良好的機械強度並且在彎曲下其反射率不會受影響 。

一旦聚合完成後,後續的紫外光照射可以改變膽固醇液晶混合物的螺距,因此可以調變此種反射鏡在可見光波段的反射頻譜;而更長的紫外光照射時間可以將頻譜峰值調變到更長波長範圍(如圖三)。除此之外,在紫外光照射的同時利用一個遮罩層遮蔽可以做出具有不同反射頻譜的微小反射鏡矩陣,舉例來說,紅、藍、綠等反射鏡畫素可以被實現在基板上(如圖四)。

圖三、反射頻譜峰值的位置圖 a. 在UV光照射之前。b. 經過九分鐘的UV光照射。c. 經過十九分鐘的UV光照射。 圖四、a. CLC屏幕的聚合。b. 利用半穿透式的畫素遮罩層在CLC屏幕上定義出紅藍綠三種反射鏡。

反射鏡的極化特性可以藉由改變聚合物覆蓋膜的厚度來控制,因此聚合物覆蓋膜又扮演相位延遲片的功能(計算如下),藉由這種方法,反射波的偏振就可以被改變(如下圖五、六)。
相位差計算:
a. 取波長分別為0.560、0.605、0.650(nm) 聚合膜厚度d=15.2μm




b. 如上述的波長但聚合膜厚度變成d=30.2μm


由上面(a)的計算可知,當厚度為15.2μm時,聚合膜可以當作四分之一波長板;由上面(b)的計算可知,當厚度為30.2μm時,聚合膜可以當作二分之一波長板。

 

圖五、此圖為檢測反射光偏振態的實驗架構圖 a. 聚合膜厚度d=15.2μm的偏振變化。b. 聚合膜d=30.2μm的偏振變化。1. 非偏振光。2. 聚合膜。3. 線偏振光。4. 圓偏振光。5. 四分之一波長板。6. 線偏振片。7. 光譜儀。 圖六、此圖為線偏振片旋轉角度與反射光強度的關係圖。1. d=15.2μm下的結果。2. d=30.2μm下的結果。

正由於這些反射鏡是可撓式而且是可調變的,它們相較於傳統的鍍銀反射鏡提供了更多應用的機會,例如他們的特性可以客製化以相容於任何一種背光源或是反射式顯示器的設計中。

 

 

參考資料 1.

Oliver Graydon, Paper-like mirrors, Nature Photonics, Vol. 7, p. 856, NOVEMBER 2013.

http://www.nature.com/nphoton/journal/v7/n11/full/nphoton.2013.290.html

參考資料 2. Gia Petriashvili, et al., Paper like cholesteric interferential mirror, Optics Express, Vol. 21, No. 18, pp. 20821-20830, 9 September 2013.
 
 
 
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