本所目前的研究方向包括光通訊、顯示器、光電半導體與光電積體電路、光電量測與應用、光電系統模擬、光纖應用、微光學元件與系統、白光發光二極體、照明、太陽能發電、雷射加工等。本所除結合本校電子所、電機所、機械所與高分子所進行研究外，還積極爭取或參與國科會、經濟部、工研院、產業界等的支援或合作研究，推展建教合作及產學合作計畫，並且加強國內外之學術交流。主要的研究課題，分類簡述如下:

光通訊研究: 光纖通訊、光纖網路元件與傳輸技術、半導體雷射、光電積體電路、波長轉換等。

光纖應用研究: 光纖感測、光纖放大器、光纖雷射等。

薄膜元件研究: 薄膜電子元件、薄膜電晶體元件及製程、 薄膜太陽電池、有機光電元件等。

液晶材料及顯示元件技術研究: 液晶、機能性薄膜等之光電物性、分子集合體之光電物性等。

顯示器研究: 薄膜電晶體、薄膜電晶體液晶顯示器、薄膜電晶體有機發光二極體等相關技術之開發與研究元件及製程、薄膜太陽電池等。

平面顯示器自動化量測及調校研究: 液晶顯示器電視量測及調校演算法之研發、動態反應時間量測技術之開發。

照明研究: 白光發光二極體封裝設計製作、發光二極體電路設計、發光二極體磊晶結構光學設計、次世代照明與顯示光源光學設計、照明用微光學陣列光學設計等。

太陽能發電研究: 太陽能元件裝置光學設計、太陽能電池與發光二極體整合結構研究等。

微光學與顯示器光學研究: 微光學元件與系統設計製作、液晶光學、光子晶體應用技術、投影顯示器、立體顯像技術、有機電激發光顯示器等。

奈米光電研究:奈米材料的光電特性，聚焦離子束奈米結構加工。

光電半導體材料及元件光學特性量測研究: 晶體成長、電子材料、半導體特性量測等。

光電與微電子元件研究: 射頻積體電路與系統設計、深次微米元件與半導體元件理論、混合訊號積體電路、電磁相容設計、光電元件、光纖電射與光放大器、光電積體電路、感測器、半導體元件、電磁干擾等。

光電系統模擬設計: 應用光學系統設計、微光學系統設計、繞射光學元件設計製作、有機光電元件模擬等。

類比積體電路研究: 平面顯示器積體電路、背光驅動電路、感測電路、類比積體電路、測距儀等。

內嵌式系統研究: 系統晶片之系統整合平台開發、現場可程式閘陣列IP開發及軟體驅動程式開發等。

雷射加工研究: 光機電工程、雷射材料加工、製程自動化、光電封裝等。