臺灣博碩士論文加值系統

本系統針對圖案化薄膜提供可見光範圍高橢偏影像對比度的最佳化研究。此系統採用偏振器-補償器-樣品-檢偏器架構，藉由補償器相位角與偏振器方位角的調變，使消光區域的橢偏反射強度被削減到零，因此非消光區域的反射強度會因為漏光到偵測器，而與消光區域產生強烈的影像對比。我們使用菲涅爾方程式與瓊斯矩陣，並考慮輸入光源在不同波長下p偏振與s偏振的光強差異，來研究此橢偏對比度的基本理論。我們並使用多波長影像、鹵素光源橢偏影像與雷射光源橢偏影像方法，針對LCD面板與觸控面板的TFT結構，進行影像對比的模擬與量測。從這些模擬與實驗結果，特徵波長、消光區域與光強度三因素對消光區域與非消光區域間影像對比度的影響，將在寬光譜範圍下分析。實驗結果顯示影像對比從強到弱依序為雷射橢偏影像、鹵素燈橢偏影像、多波長影像、白光影像。

An optimization study for providing high ellipsometric image contrast of patterned film in visible range is built. The apparatus of polarizer - compensator - sample - analyzer configuration is used. The ellipsometric reflected intensity of specific null area is extinguished by setting phase angle of compensator and azimuth angle of polarizer. Therefore, the reflected ellipsometric light from the off-null area leaks to detector and make a contrast with null area. By the Fresnel equation and the Jones Matrix, the theoretical basis for ellipsometric contrast ratio is studied. The s polarized and p polarized intensity difference of input light source along wavelength axis is considered. The contrast ratio of the patterned TFT structure in LCD panel, touch panel are simulated and measured by multi-wavelength image, ellipsometry image using halogen lamp, and ellipsometry image using laser. From these simulation and experiment results, the influences of characteristic wavelength, null area, and incident light intensity with respect to contrast ratio between off-null and null areas are analyzed in wide spectral range. The experiment results show the contrast ratio among all methods in sequence is laser ellipsometric image, halogen lamp ellipsometric image, multi-wavelength image, white light image.

目錄
明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書 i
明志科技大學碩士學位論文口試委員會審定書 ii
明志科技大學學位論文授權書 iii
誌謝 iv
摘要 v
Abstract vi
目錄 vii
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究內容 4
1.4 論文架構 5
第二章 基本原理 6
2.1 偏振理論 6
2.2 瓊斯矩陣 8
2.3 橢偏參數 12
2.4 PCSA橢偏消光術 16
2.5 多波長影像 18
2.6 影像對比度定義 19
第三章 實驗規劃 20
3.1 實驗方法 20
3.2 實驗架構 22
3.3 系統架設 26
3.4 實驗校正 27
3.4.1 偏振器角度 27
3.4.2 相位補償器方位角與相位角 28
3.4.3 PCA組合驗証 30
3.5 待測樣品 31
3.6 自動化人機介面 34
第四章 模擬與實驗分析 36
4.1部分偏振光偏振態量測 36
4.2模擬分析 37
4.2.1反射係數與橢偏參數計算 37
4.2.2橢偏反射強度模擬 39
4.2.3多波長反射強度模擬 42
4.3鎢絲鹵素光源實驗 43
4.3.1鎢絲鹵素光源之橢偏影像實驗 43
4.3.2鎢絲鹵素光源之多波長影像實驗 49
4.3.3鎢絲鹵素光源之多波長影像與橢偏影像對比度比較 50
4.4金屬鹵素光源實驗 52
4.4.1鎢絲鹵素光源之橢偏影像實驗 52
4.4.2鎢絲鹵素光源之多波長影像實驗 57
4.4.3鎢絲鹵素光源之多波長影像與橢偏影像對比度比較 58
4.4.4金屬鹵素燈與鎢絲鹵素燈比較 59
4.5光強度調變實驗 60
4.5.1 CCD動態範圍實驗 60
4.5.2光強度-影像對比度實驗 61
4.5.3雷射光源橢偏影像實驗 63
4.6 ITO樣品橢偏影像實驗 65
4.6.1硬式觸控面板薄膜橢偏影像實驗 65
4.6.2可撓性觸控面板薄膜橢偏影像實驗(一) 66
4.6.2可撓性觸控面板薄膜橢偏影像實驗(二) 68
第五章 結論與建議 71
5.1結論 71
5.2建議 72
參考文獻 73


表目錄
表2-1 各偏振型態的瓊斯向量 9
表3-1 組合驗証表 30
表3-2 樣品區域定義表 32
表4-1 影像對比比較表 64


圖目錄
圖1-1 白光影像檢測 3
圖1-2 偏光影像檢測 3
圖1-3 單波長橢偏影像檢測 4
圖2-1 橢圓偏振的座標轉換 7
圖2-2 (a)圓偏振光(b)橢圓偏振光(c)線性偏振光 8
圖2-3 偏振光入射波片示意圖 10
圖2-4 不同偏振經λ/2延遲片的變化 11
圖2-5 不同偏振經λ/4延遲片的變化 12
圖2-6 多重反射產生的多光束 14
圖2-7 消光原理 16
圖2-8 PCSA基本架構 17
圖3-1 +Z光學座標系統 20
圖3-2 消光區域A與非消光區域B示意圖 22
圖3-3 實驗架構 23
圖3-4 單頻儀工作原理 23
圖3-5 格蘭-湯普森偏振器示意圖 24
圖3-6 LCVR工作原理 24
圖3-7 成像系統工作原理 25
圖3-8 CCD有效視野 25
圖3-9 物方有效視野 26
圖3-10 實際光路架構 27
圖3-11 布魯斯特角原理 28
圖3-12 反射率與入射角曲線 28
圖3-13 LCVR快慢軸位置 29
圖3-14 LCVR驅動電壓-相位延遲曲線圖 30
圖3-15 樣品表面輪廓圖 31
圖3-16 樣品結構圖 31
圖3-17 樣品局部實體圖 31
圖3-18 波長450nm~750nm下BK7的nk值 32
圖3-19 波長450nm~750nm下Si3N4的nk值 33
圖3-20 波長450nm~750nm下Cr的nk值 33
圖3-21 可撓性觸控面板蝕刻圖案薄膜結構圖 33
圖3-22 硬式觸控面板蝕刻圖案薄膜結構圖 34
圖3-23 LabVIEW自動化人機介面 34
圖3-24 自動化檢測流程圖 35
圖4-1 量測光源水平與垂直分量架構圖 36
圖4-2 光源水平-垂直電場Ex-Ey 36
圖4-3 BK7反射係數 37
圖4-4 Si3N4/ BK7反射係數(厚度387nm) 38
圖4-5 Cr/Si3N4/ BK7反射係數(厚度229nm/387nm) 38
圖4-6 BK7消光情況下的橢偏參數 38
圖4-7 Si3N4/BK7消光情況下的橢偏參數 39
圖4-8 Cr/Si3N4/BK7消光情況下的橢偏參數 39
圖4-9 在BK7消光條件下的Si3N4/BK7反射強度模擬(a)鎢絲鹵素光源 (b)金屬鹵素光源 40
圖4-10 在BK7消光條件下的Cr/Si3N4/BK7反射強度模擬(a)鎢絲鹵素光源 (b)金屬鹵素光源 40
圖4-11 在Si3N4/BK7消光條件下的BK7反射強度模擬(a)鎢絲鹵素光源 (b)金屬鹵素光源 40
圖4-12 在Si3N4/BK7消光條件下的Cr/Si3N4/BK7反射強度模擬(a)鎢絲鹵素光源 (b)金屬鹵素光源 41
圖4-13 在Cr/Si3N4/BK7消光條件下的BK7反射強度模擬(a)鎢絲鹵素光源 (b)金屬鹵素光源 41
圖4-14 在Cr/Si3N4/BK7消光條件下的Si3N4/BK7反射強度模擬(a)鎢絲鹵素光源 (b)金屬鹵素光源 41
圖4-15 多波長反射強度模擬(鎢絲鹵素光源) 42
圖4-16 多波長反射強度模擬(金屬鹵素光源) 42
圖4-17 鎢絲鹵素光源在BK7消光條件下各波長橢偏影像 43
圖4-18 鎢絲鹵素光源在Si3N4/BK7消光條件下各波長橢偏影像 44
圖4-19 鎢絲鹵素光源在Cr/Si3N4/BK7消光條件下各波長橢偏影像 44
圖4-20 BK7消光時Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 45
圖4-21 BK7消光時Cr/Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 45
圖4-22 Si3N4/BK7消光時BK7橢偏反射強度實驗 46
圖4-23 Si3N4/BK7消光時Cr/Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 46
圖4-24 Cr/Si3N4/BK7消光時BK7橢偏反射強度實驗 46
圖4-25 Cr/Si3N4/BK7消光時Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 47
圖4-26 BK7對Si3N4/BK7的影像對比度 47
圖4-27 BK7對Cr/Si3N4/BK7的影像對比度 48
圖4-28 Si3N4/BK7對Cr/Si3N4/BK7的影像對比度 48
圖4-29 鎢絲鹵素光源在各波長下的多波長影像 49
圖4-30 鎢絲鹵素光源多波長影像反射強度實驗 49
圖4-31 鎢絲鹵素光源多波長影像對比 50
圖4-32 BK7對Si3N4/BK7多波長影像與橢偏影像的對比度比較(鎢絲鹵素燈) 51
圖4-33 BK7對Cr/Si3N4/BK7多波長影像與橢偏影像的對比度比較(鎢絲鹵素燈) 51
圖4-34 Si3N4/BK7對Cr/Si3N4/BK7多波長影像與橢偏影像的對比度比較(鎢絲鹵素燈) 51
圖4-35 金屬鹵素光源在BK7消光條件下各波長橢偏影像 52
圖4-36 金屬鹵素光源在Si3N4/BK7消光條件下各波長橢偏影像 52
圖4-37 金屬鹵素光源在Cr/Si3N4/BK7消光條件下各波長橢偏影像 52
圖4-38 BK7消光時Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 53
圖4-39 BK7消光時Cr/Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 53
圖4-40 Si3N4/BK7消光時BK7橢偏反射強度實驗 54
圖4-41 Si3N4/BK7消光時Cr/Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 54
圖4-42 Cr/Si3N4/BK7消光時BK7橢偏反射強度實驗 54
圖4-43 Cr/Si3N4/BK7消光時Si3N4/BK7橢偏反射強度實驗 55
圖4-44 BK7對Si3N4/BK7的影像對比度 55
圖4-45 BK7對Cr/Si3N4/BK7的影像對比度 56
圖4-46 Si3N4/BK7對Cr/Si3N4/BK7的影像對比度 56
圖4-47 金屬鹵素光源在各波長下的多波長影像 57
圖4-48 金屬鹵素光源多波長影像反射強度實驗 57
圖4-49 金屬鹵素光源多波長影像對比 58
圖4-50 BK7對Si3N4/BK7多波長影像與橢偏影像的對比度比較(金屬鹵素燈) 58
圖4-51 BK7對Cr/Si3N4/BK7多波長影像與橢偏影像的對比度比較(金屬鹵素燈) 59
圖4-52 Si3N4/BK7對Cr/Si3N4/BK7多波長影像與橢偏影像的對比度比較(金屬鹵素燈) 59
圖4-53 多波長影像的光強度-灰階值響應 61
圖4-54 橢偏影像的光強度-灰階值響應 61
圖4-55 光強度-BK7對Si3N4/BK7影像對比度響應 62
圖4-56 光強度-BK7對Cr/Si3N4/BK7影像對比度響應 62
圖4-57 光強度-Si3N4/BK7對Cr/Si3N4/BK7影像對比度響應 62
圖4-58 雷射光源橢偏影像 64
圖4-59 (a)SiO2/ITO/Glass白光影像 (b)SiO2/ITO/Glass單波長影像(@550nm) 65
圖4-60 SiO2/ITO/Glass金屬鹵素光源550nm橢偏影像(a)SiO2/ITO/Glass消光 (b)SiO2/Glass消光 66
圖4-61 SiO2/ITO/Glass雷射橢偏影像(a)SiO2/ITO/Glass消光 (b)SiO2/Glass消光 66
圖4-62 (a)ITO/PET白光影像 (b)ITO/PET單波長影像(@550nm) 67
圖4-63 ITO/PET金屬鹵素光源550nm橢偏影像(a)ITO/PET消光 (b)PET消光 67
圖4-64 ITO/PET雷射橢偏影像 68
圖4-65 (a)ITO/PET白光影像 (b)ITO/PET單波長影像(@550nm) 68
圖4-66 ITO/PET金屬鹵素光源550nm橢偏影像(a)PET消光 (b)ITO/PET消光 69
圖4-67 ITO/PET雷射橢偏影像(a)PET消光 (b)ITO/PET消光 69

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