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4차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 (수술 로봇을 중심으로)

[ 인간과 도구 15 조 발표 ] 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 - 수술 로봇을 중심으로 조원 2017. 12. 04. 월 .Ⅰ. 현재까지의 수술 INDEX [ 인간과 도구 15 조 발표 ] Ⅱ. 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅲ. 수술 로봇 Ⅳ. 미래의 수술 로봇 Ⅴ. Q AⅠ. 현재까지의 수술② ① 개복 수술 배를 갈라서 열고 기관을 치료하거나 혹 따위를 제거하는 수술 CHAPTER Ⅰ - 로봇 수술 이전의 수술 방식 현재까지의 수술 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 수술이란 ? 질병이나 외상에 대하여 피부나 점막을 절개하여 시술하는 외과치료행위 ① 개복 수술 배를 갈라서 열고 기관을 치료하거나 혹 따위를 제거하는 수술 ② 복강경 수술 배를 절개하지 않고 작은 구멍 을 낸 뒤 , 특수 카메라가 부착된 복강경을 집어 넣어 특수기구를 이용해 하는 수술CHAPTER Ⅰ - 개복 수술과 복강경 수술의 비교 「 담낭절제술의 사례」 현재까지의 수술 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」CHAPTER Ⅰ - 개복 수술과 복강경 수술의 비교 「 간암 수술의 사례」 현재까지의 수술 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 https://www.youtube.com/watch?v=utuqsmDJPfUCHAPTER Ⅰ - 수술 후 생존율 변화 추이 현재까지의 수술 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 수술 기술의 발달 다른 의료 기술들의 발달 상승CHAPTER Ⅰ 의사의 수술 잘못 이 대부분의 의료수술 사고 원인 - 의료수술 사고 원인 현재까지의 수술 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」수술의 주체는 의사 , 즉 인간 CHAPTER Ⅰ - 의료수술 사고 원인 현재까지의 수술 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 수술의 주체는 의사 , 즉 인간 한계Ⅱ. 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안신체적 한계 정보적 한계 CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산개별적인 근육이 교대로 또는 동시에 수축하여 규칙적으로 일정한 빈도를 가지는 진동성 운동 . 육체적 피로 감정 상태나 불안 떨림 심화CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 신체적 한계 육체적 피로 감정 상태나 불안 떨림 심화 집중력 저하 장시간 수술 실수 유발현재까지의 수술 4 차 산업혁명 기술들 CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 한계들을 극복하기 위해서는 ?CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 한계들을 극복하기 위해서는 ? 한계 극복의 가능성CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 정보적 한계의 극복 방안 인공지능 의사 시대 빅데이터와 인공지능 기반의 진단 및 치료방법 제시CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 정보적 한계의 극복 방안 https://www.youtube.com/watch?v=IOXjIgIM3uwCHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 정보적 한계의 극복 방안 https://www.youtube.com/watch?v=vQsuZe95nscCHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 정보적 한계의 극복 방안CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 물리적 한계의 극복 방안 인간의 손이 어쩔 수 없이 가지고 있는 미세한 떨림을 극복하는 것이 목표 SMART (Smart Micromanipulation Aided Robotic-surgical Tool ) 손 떨림 방지 기술을 적용한 수술도구C 물리적 한계의 극복 방안 수동 조작형 수술 로봇 손 떨림 방지 기술이 적용된 수동 조작형 수술 로봇CHAPTER 인간이 집도하는 수술의 한계 극복 방안 Ⅱ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 두 가지 한계의 동시 극복 방안은 ? 목표Ⅲ. 수술 로봇CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 수술 로봇이란 ? https://www.youtube.com/watch?v=_Wfg2XVv1RUCHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 수술 로봇이란 ? 로봇 수술 수술 도구를 움직일 수 있는 로봇을 의사가 제어하며 하는 수술 수술 로봇CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 로보닥 (Robodoc) 이솝 (Aesop) 제우스 (Zeus) 다빈치 (Da Vinch )CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 로보닥 (Robodoc) 이솝 (Aesop) 제우스 (Zeus) 다빈치 (Da Vinch )CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 로보닥 (Robodoc) 인공관절 삽입시술에 있어 정교한 뼈의 절삭을 위해 사용되는 로봇 으로 정형외과의 슬관절 , 고관절 수술에 사용됨 올소닥 (ORTHODOC) CT 이미지 활용하여 수술 전 계획 수립을 위한 워크스테이션 로보닥 (ROBODOC) 계획대로 정확한 뼈의 절삭을 수행CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 https://www.youtube.com/watch?v=bfE11JHYNlECHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 로보닥 (Robodoc) 이솝 (Aeso잡아주고 의사의 시술 동작을 로봇이 따라 하도록 한 수술용 로봇 하지만 단순히 복강경 기구를 잡아 주는 역할만 가능했고 입체적 영상 전달이 불가능하여 원격 수술의 가능성만을 확보했을 뿐 , 큰 역할을 하지 못하고 제품의 생산과 사용이 중단CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 로보닥 (Robodoc) 이솝 (Aesop) 제우스 (Zeus) 다빈치 (Da Vinch )CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 다빈치 (Da Vinch ) 일반외과 , 흉부외과 , 심장외과 , 비뇨기과 , 산부인과 , 소아외과 등 복강경 수술의 대부분을 대신하는 첨단 로봇 초기의 제우스는 기존의 복강경의 기구들을 시술자 대신 잡아 주는 역할을 한 반면 다빈치는 몸 안에 직접 삽입되는 로봇으로 시술자의 손처럼 움직여 마치 환부를 열고 시술자가 직접 시술하는 것과 같이 수술 하는 로봇 고화질 3D영상과 10배까지 확대된 시야를 포함한 다양한 기능을 제공 하며 의사는 다빈치 로봇수술기를 조종하여 자신의 손 움직임을 환자 체내의 소형 기구로 전달해 수술대형 절개 대신 배꼽주변, 2.5cm 미만의 한 구멍만으로 로봇 기구를 삽입하여 이루어지는 수술이 며 통증이 적고 흉터가 거의 없는 수술이 가능 CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 다빈치 (Da Vinch ) 시스템 의 구성 의사의 조종간인 인체공학적 서전 콘솔( S urgeon console - 의사가 로봇을 조종하는 곳 , 사람 손과 유사한 로봇 팔을 조종하여 정교한 수술이 가능) 최대 네 개까지 수술용 로봇 기구를 장착할 수 있는 환자용 카트 (P atient -side cart ) 비전 카트CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재까지 개발된 수술 로봇의 종류 다좌우와 회전도 가능해 사람 손으로 도달하기 어려운 곳까지 수술할 수 있다. 따라서 수술의 완성도가 높아진다. 장점단점 CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 현재 수술 로봇의 장단점 로봇 수술에 준비해야하는 시간이 숙련 정도에 차이가 나지만 길다. 그 때문에 긴급하게 수술을 하기가 어렵다. 로봇을 조작하기만 할 수 있고 장기를 손으로 만질 수 없기 때문에 장기나 종양의 종류를 정교하게 판별하기 어렵다. 따라서 기계가 얼마만큼의 힘을 가하는지 알 수 없어 힘 조절을 위한 숙련이 필요하다. 수 술에 따라 다르지만 비용이 700만원에서 최대 1300만원에 이른다. 수술 비용이 이렇게 비싼 이유는 로봇 장비 자체가 워낙 고가이기 때문인데 가격이 한 대당 30억 가량 하는 것으로 알려져 있다.CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 고가의 수술 로봇 , 대처방법은 ?CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 실제 의료분야에서의 수술 로봇 활용빈도 변화추이 증가CHAPTER 수술 로봇 Ⅲ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 그렇다면 앞으로의 수술 로봇은 ? 앞서 언급한 단점들을 보완하기 위한 노력이 지속 정보적 한계까지 동시에 극복하기 위한 노력Ⅳ. 미래의 수술 로봇CHAPTER 미래의 수술 로봇 Ⅳ 영화 「 프로메테우스」의 무인 수술용 유닛 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 수술 로봇의 최종형은 ?CHAPTER 미래의 수술 로봇 Ⅳ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 수술 로봇의 최종형은 ? 완전 자율형 수술 로봇CHAPTER 미래의 수술 로봇 Ⅳ 「 4 차 산업혁명으로 바뀔 미래의 수술 기술 」 - 완전 자율형 수술 로봇이 정말 필요한가 ? 한 명의 인간 의사 감독 하에 다수의 완전 자율형 수술 로봇이 수술을 집도 수술 인력 부족문제 해소 열악한 상황에서 수술 가능 전쟁과 같은 특수 상황에서ow}

공학/기술| 2021.03.08| 55페이지| 1,000원| 조회(61)

수술, 경희대학교, 인간과도구, 수술로봇, 4차산업혁명

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정보디스플레이학과 광전자공학 3차 준비 보고서 Blackbody radiation과 스펙트럼 - Blackbody radiation equation 연관 정리

3차 준비 보고서Blackbody radiation과 스펙트럼-Blackbody radiation equation 연관 정리ㅇㅇㅇㅇㅇㅇ▣ Blackbody radiation이란?Blackbody란, 입사된 모든 전자기파를 흡수하는 이상적인 물체를 말한다. Blackbody radiation은 blackbody가 전자기파를 방출하는 현상, 그리고 그 전자기파를 말한다. Blackbody에서 나오는 전자기파는 오로지 blackbody에서 만들어진 것으로, blackbody radiation의 에너지 분포는 blackbody의 온도와 전자기파의 파장에 따라 다르다.이상적인 blackbody가 빛을 반사하지는 않지만 blackbody 자체가 방출하는 전자기파가 존재하기 때문에 이름처럼 검지는 않다. 대표적인 blackbody의 예로는 땅 바닥에 내려놓은 연탄의 구멍, 백열 전구 등이 있다.▣ Blackbody radiation spectrumFigure SEQ Figure * ARABIC 1 Blackbody radiationFigure 1은 blackbody radiation의 온도, 파장에 따른 에너지 분포를 나타내는 그래프이다. 여기에 적용되는 법칙 두 가지는 다음과 같다.-Wien’s displacement lawBlackbody radiation에서 에너지 세기가 가장 큰 파장(λmax)은 blackbody의 온도(T)에 반비례한다. 이것을 빈의 변위 법칙이라고 한다.이를 통해 blackbody인 백열 전구의 필라멘트 온도가 올라갈수록 전구에서 나오는 빛이 점차 붉은색에서 주황색으로, 그리고 노란색으로 변해가는 것을 설명할 수 있다.-Stefan-Boltzmann lawBlackbody에서 단위 시간당, 단위 면적당 복사하는 에너지(E)는 blackbody의 표면 온도(T)의 네 제곱에 비례한다.▣ Blackbody radiation spectrum의 해석-Rayleigh-Jeans formula고전 물리학의 범주 내에서 단위 부피당 에너지를 Rayleigh-Jeans formula를 통해 구할 수 있다.위 식을 ν에서 ν+dν까지 주파수 interval에 대하여 적분하면 된다.-Rayleigh-Jeans formula의 한계Rayleigh-Jeans law는 blackbody radiation spectrum중 파장이 긴 영역에서는 실제 스펙트럼과 일치하였으나 파장이 짧은 영역에서는 실제 스펙트럼과 멀어지면서 무한대로 발산해버린다. 이는 Rayleigh-Jeans law에 따르면 ‘자외선 파탄’ 즉, 어떤 온도에 상관없이 자외선을 엄청나게 방출하고 있는 셈이 된다. 이는 관찰 결과와 맞지 않고, 결국 새로운 설명 방법을 필요로 한다.-Planck의 해석 (플랑크 양자설)플랑크는 '진동자의 에너지는 연속적으로 변하지 않고 진동수에 비례하는 어떤 기본양의 정수배로만 변한다' 라는 가설을 도입했다. 즉, 불연속적인 에너지의 양은 진동수 ν에 비례하는 ｈν의 정수배로서 여기서의 h를 플랑크 상수라 한다.또한 단위면적의 흑체에서 방출되는 빛의 에너지인 분광 방출도는 다음과 같다.플랑크는 전자기파가 갖는 불연속적인 에너지 덩어리의 최소량을 양자라고 하였다. 이러한 플랑크의 양자설을 통해 스펙트럼의 곡선을 모순 없이 설명할 수 있다.

공학/기술| 2024.01.30| 2페이지| 1,000원| 조회(110)

광전자공학, 정보디스플레이학과, 준비 보고서

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정보디스플레이학과 광전자공학 2차 실험 결과 보고서 Electroluminescence(EL)

2차 실험 결과 보고서 – Electroluminescence(EL)ㅇㅇㅇ실험 목적EL sheet의 작동 및 발광 원리를 이해하고 발광된 빛을 직접 측정하여 그 특성을 비교 평가한다.시약 및 장비EL sheet자체 발광하는 무기재료란 뜻으로 ‘Electro Luminance의 약자다. EL은 고체에 강한 전기장을 걸면 빛이 나타나는 현상으로, 전기에너지가 빛 에너지로 전환되었기 때문에 빛이 나오는 것이다. EL sheet에는 무기 EL sheet와 유기 EL sheet가 있고, 둘의 구조나 발광 방식도 차이가 있다. 실험에서는 무기 EL을 사용하였다.무기 EL은 안전을 위해 양 면이 절연체로 코팅되어있고, 격자 모양 사이의 흰 공간에 전극이 있어 그 곳에 전압을 인가해주면 빛이 나게 된다. 비록 절연 처리 되어있지만 전극 부분과 전선 집게 부분은 전기가 통할 수 있으므로 실험에 있어서 특히 유의한다. 주의할 점은 전압을 인가해 줄 때에 교류(AC) 전압을 인가해 주어야 한다는 것이다. 그 이유는 전자가 부딪혀서 발광이 일어나는 EL의 특성 상 교류와 같이 전자가 빠르게 반복적인 운동을 반복하는 경우가 발광을 계속해서 유도할 수 있기 때문이다. 교류 전압에는 2가지 종류를 시험해 봤는데, 계속해서 교류 전압이 흐르는 경우에는 EL Sheet에서 계속 빛이 났고, 회로 내 릴레이를 이용하여 점멸 형태의 펄스형 교류를 넣어주면 마찬가지로 교류가 인가된 경우에만 빛이 나는 것을 확인할 수 있었다.CS-1000 조도계광원 등 빛이 나오는 물체로부터 Chromaticity diagram, 휘도, 색좌표 등의 정보를 알아낼 수 있는 장치이다. 그 밖에도 백색광인 경우 색온도도 표현할 수 있다. 조도계의 안정화를 위여 20분 정도 Warm-up을 한 뒤에 측정하는 것이 바람직하다. 값의 추출과 분석을 위하여 CS-S10w라는 소프트웨어 프로그램과 같이 사용한다.기타 준비물인버터: 스위치를 on, off 해줌으로써 직류를 단속시켜 교슈를 얻는 장치이다. 위에서 설명했다시피 지에, 사람의 인지 특성과 비례하는 정도가 낮은 좌표계이다. 그러나 예전부터 관습적인 이유로 많이 사용해왔기 때문에 현재까지도 가장 많이 사용하고 있다.위의 점들은 CIE 1931 색공간 위에 CS-1000으로 측정한 EL sheet들과 Device들의 색좌표 x,y 값을 한번에 나타낸 것이다. 점의 색을 측정한 색의 색과 같게 하면 색좌표에서 점이 보이지 않기 때문에 불가피하게 이름과 다른 색으로 표시하였음에 유의한다. 우선 CIE 1931이 단순히 색을 분광광도계를 이용하여 측정한 것이기 때문에, 다양한 색상들의 EL이 나타내는 색 좌표값들이 고루 퍼져 있는 모습을 확인할 수 있다. 이는 색 사이의 거리가 사람의 인지 특성을 고려하지 않고 단순히 수학적으로 정의되었기 때문이다. 또한 스마트폰의 경우 원래는 각 Device의 관리자 모드에 있는 Test 화면을 이용하여 RGB 값 모두를 최대로 내는 백색 화면에서 측정하여 정확한 스펙트럼 분포 값을 얻어야 하지만, 단순히 스마트폰의 디스플레이가 어떤 색좌표를 주로 가지고 있는지를 알아보기 위해 해당 값도 측정하였다.[두 Device(Smartphone)의 색온도]Galaxy s7와 iPhone 6s모두 백색광에 가까운 색을 내고 있지만, Galaxy s7의 경우 비교적 Bluish한 White 색을, iPhone 6s의 경우 비교적 Yellowish한 White 색을 내고 있다는 사실을 색좌표를 통하여 알 수 있다. 이들은 백색광이므로 색온도를 통하여 다시 정의가 가능한데, 색온도는 incandescence 가 온도에 따라 방출하는 빛의 색에 따라서 정의되었기 때문에, Blue에 가까운 White 색상일수록 색온도가 높은 것으로 표현된다. 실제 CS-1000을 통해 측정된 두 Device의 색온도를 살펴보면 Galaxy s7이 6567K, iPhone 6S가 7294K로, iPhone 6s의 색온도가 더 높은 것을 알 수 있다. 나머지 색들은 백색광(R,G,B가 모두 섞여 있는 빛)이 아니기 때문에 색온도가 정 특정 방향으로 몰려 있는 것을 확인할 수 있다.휘도(Luminescence)광원의 단위 면적당 밝기의 정도로, 발광원의 표면 밝기를 나타낸다. 단위는 cd/m^2이며, 광원이 얼마나 밝은지를 관찰자의 입장에서 나타낸 것이다. CS-1000을 이용하여 측정한 각 EL sheet와 Device의 휘도를 나타내면 아래와 같다.Light sourceLuminance(cd/m^2)Orange EL sheet2.086 * 10^1Yellow green EL sheet3.146 * 10^1Bluish green EL sheet3.249 * 10^1Green EL sheet2.713 * 10^1Galaxy s71.669 * 10^2iPhone 6s5.411 * 10^2삼색 자극치(3자극치)3색의 표색계에서 시료의 색자 극과 같은 색으로 색을 맞추기 위해 필요한 세 종류의 원자극의 양.1931년 CIE(1931) 표준 표색계에 있어서의 반사량이 일정한 등 에너지 스펙트럼의 단색 방사의 3자극치 xλyλzλ를 근거로 한 표색계이다. XYZ표색계라고도 한다. 다음의 식에 의해서 구해진다.k는 적당한 상수로서 Y 값이 필요한 단위가 되도록 택한다(예컨대 Y를 루멘(㏐)으로 나타낸다면 광원의 단위를 W, k=683㏐/W로 나타낸다). φλ(λ)는 스펙트럼 색자극 함수로서, 반사 물체에 대해서는 조명용 광원의 스펙트럼 밀도 분포를 Sλ(S), 시료 물체의 분광 반사율을 ρ(λ)로 표시할 때 φλ(λ)=Sλ(λ')ρ(λ), 투과 물체에 대해서는 시료 물체의 분광 투과율 τ(x)로 표시할 때, φλ(λ)=Sλ(λ)τ(λ)이다. 각 광원의 삼자극치를 나타내면 다음과 같다. 편의상 X와 Y는 10으로 나눠서 기입했다.X/10Y/10ZOrange EL sheet2.6812.0864.592Yellow green EL sheet1.8823.1467.814Bluish green EL sheet1.2473.24927.71Green EL sheet0.90192.7139.631Galaxy s715.18어 한 Peak가 나타내는 단색의 순도가 얼마나 높은지 아래에 나타내었다.Color of EL sheetFWHM(nm)Orange41Yellow green99Bluish green71Green58EL의 발광 특성을 고려했을 때 다른 광원에 비하여 FWHM 이 작아 우수한 색 표현력을 보여주었다. (4조 조별 사전보고서 참고)FWHM 뿐만 아니라 각 EL 발광 Peak의 표준편차 (Standard deviation)값을 이용해서도 색 표현력을 알 수 있다. 표준편차가 작을수록 마찬가지로 Peak가 Sharp하다는 것을 의미하기 때문에, 색 표현력이 우수하다고 할 수 있다. 그리고 Peak의 평균 값은 그 Peak가 내고 있는 색이 어느 파장을 중심으로 펼쳐져 있는지를 알 수 있기 때문에 스펙트럼만 보고도 색이 정확히 무슨 종류의 색인지를 쉽게 알 수 있다. 다음은 EL sheet의 Mean과 Standard deviation값을 표로 정리하였다.Color of EL sheetMean(nm)StandardDeviationOrange604.29842.2754e-4Yellow green536.47492.6090e-4Bluish green506.50235.1706e-4Green517.87693.8093e-4결론 및 고찰무기 재료의 특성에 따라 발광 효율이 다르고, 그로 인해서 같은 EL 재료임에도 모두 방출하는 빛의 휘도가 다른 것을 알 수 있다. 같은 교류 전압이 인가되었고 EL sheet의 물리적 구조가 같은 것을 감안하면, 같은 조건에서 측정하였다고 가정하였을 때 휘도가 높을수록 발광 효율이 높은 무기 EL sheet라는 사실을 알 수 있다. 따라서 Bluish green이 4 종류의 EL sheet 중에서 발광 효율이 가장 높고, 그 다음으로는Yellow greeen, Green, Orange순서로 발광 효율이 좋을 것이라고 예상해볼 수 있다. 스마트폰의 경우 테스트 화면이 아니기 때문에 두 기기의 휘도를 비교하는 것은 특별한 의미가 없다.FWHM의 경우 Devle process를 기반으로 EL 퀀텀닷으로 만든 디스플레이 시제품을 선보이기도 하였다. 이번 실험에서 아쉬운 점은 EL display를 실제로 제작해보지 못하고 주문해서 받은 완제품 EL sheet를 사용했다는 점이다. 또한 다른 실험 요일 조와 다르게 가해준 전류에 따른 휘도 변화를 측정하지 않고 단순히 광원별로 색좌표화 휘도만 촬영하여 분배한 것도 아쉬운 점이다. IVL Curve를 분석하면 광원의 특성 뿐만 아니라 lm/W와 같은 효율을 계산할 수 있기 때문에 타 광원과의 비교에 유용하게 사용할 수 있다. 앞으로의 모든 실험에서는 IVL 관계를 분석하도록 하겠다.물론 퀀텀닷 물질의 경우 위에서 실험을 통해 발광 원리를 살펴본 무기 EL과 차이가 있다. 일반적으로 QD 소재는 무기물로 알려져 있지만, 코어와 코어를 둘러싸고 있는 쉘만 무기물이고 에너지를 주고받으면서 QD 소재를 일정 크기까지 키우기 위한 리간드는 유기물을 쓴다. 삼성전자는 리간드가 유기물이어서 발생할 수 있는 수명 문제를 비롯해 에너지준위 차이로 인한 효율 문제, QD 소재를 발광층에 패터닝하는 기술 등의 기술적 한계를 이겨내기 위해 연구를 진행 중이다.이번 실험에서 배운 EL Sheet의 발광원리와 광원 분석 내용을 바탕으로 앞으로 전자의 움직임에 기반한 새로운 광원 구동 방식에 대해서 생각해 볼 수 있는 좋은 기회가 되었다.참고 문헌휘도 Hyperlink "http://blog.lgdisplay.com/2015/04/luminance/" http://blog.lgdisplay.com/2015/04/luminance/https://en.wikipedia.org/wiki/Luminance삼자극치 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=270224&cid=42641&categoryId=42641" http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=270224&cid=42641&categoryId=42641 Hyperli 1

공학/기술| 2024.01.30| 8페이지| 1,000원| 조회(167)

실험보고서, 결과보고서, 정보디스플레이학과

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정보디스플레이학과 광전자공학 1차 준비 보고서 EL(electroluminescence)과 전자현미경

1차 준비 보고서 - EL(electroluminescence)과 전자현미경ㅇㅇㅇEL 발광 구조EL은 유기물 또는 무기물 모두 빛을 낼 수 있으면 이용할 수 있다. 투명한 유기 필름 또는 선형 구조물에 발광층이 될 형광체를 도포한 후, 교류전압이 가해졌을 때 전기장은 형광체로 하여금 빠르게 충전과 방전을 일으키게 한다. 이 순환과정에서 전자의 움직임이 빛으로 보이게 되는 것이다. 유기 EL의 경우 캐리어 수송을 원활하게 하고 발광 효율을 높이기 위하여 캐리어 주입층과 수송층을 따로 만들어주기도 한다.EL의 원리EL의 가장 기본적인 원리는 전기 에너지가 빛 에너지로 변환된 것이다. 일반적으로 전면전극과 배면전극으로 교류 전압이 유입되면 형광물질에 강한 전기장이 걸리고, 전기장에 의해 가속된 전자가 형광층 내부에 첨가된 Luminescent center: activator의 전자를 Impact excitation시키고, 여기된 전자가 다시 바닥상태로 완화될 때 빛 에너지를 방출하는 원리를 이용한다. 다시 말하면, 물질(주로 반도체)에서 EHP가 만났을 때 방사적 재결합을 하면서 빛을 내는 원리이다. 그러한 과정을 Luminescence라고 하는데, 이것이 일어나기 위해서 전자를 여기시킬 때 전기장을 이용하는 것이 EL의 가장 기본적인 원리이다. 하지만 조금씩 다른 발광 원리에 따라서 진성 전기 루미네선스, 전하 운반체 주입형 전기 루미네선스, 전기광 루미네선스 등으로 세밀하게 나눌 수 있다.진성 전기 루미네선스는 유전체에 있는 형광체 분말이 발광하는 것으로, 교류 전기장으로만 발광한다. 대표적인 것이 황화아연계의 형광체이다.전하 운반체 주입형은 전극과 접촉하고 있는 단결정이나 분말이 전기장에 의해 발광하는 것이다. 직류 전기장으로도 발광한다. p-n 접합 소자에 전류를 흘려 효율성 높은 레이저 발광을 만들 수 있다.전기광 루미네선스는 자외선을 쬔 형광체의 형광 또는 잔광이 전기장의 영향으로 증감되는 것이다. 전기장 발광은 휘도가 낮아 조명 및 각종 정보 표시판에 많이 이용되고 있다. 그러한 예로는 조명등인 EL 램프, 시계의 문자판, 휴대 전화 및 라디오의 채널 표시 창 등이 있다.EL의 특성EL은 방출 파장의 폭이 좁아서 단색광을 표현하는 데에 적절하다. 그리고 두 개의 전극 사이에서 발광을 하기 때문에 적어도 한 쪽은 투명해야 한다는 특징이 있다. 양쪽을 투명하게 만들면 투명 디스플레이를 만들 때 사용할 수 있다. 발열이 거의 없어 화재 위험도 적다.다른 빛을 내는 방식에 비해 효율이 우수(형광등이나 네온 대비 약 70% 이상의 전력 절감)하기 때문에 전력소모가 낮다는 장점도 있다. 또한 매우 얇은 두께로 발광이 가능해 광고판이나 디스플레이에 적용하기 쉽고 곡면이나 입체면에도 표현이 가능하다. 얇고 균일한 면발광을 하므로 시인성이 좋고 선명한 컬러를 유지한다. (Lambertian radiator이기 때문에 lumens나 lux와 비교하기 힘들다) 하지만 무기소재를 이용한 EL은 그동안 디스플레이 소자로서는 큰 발전을 이루지 못한 채 BLU로의 가능성을 추구하는데 그쳐 왔다. 소자 개발의 다양성이 부족하기 때문이다. 그러나 유기EL은 디스플레이로써의 가능성에 주목받아 현재 개발이 많이 이뤄지고 있는데, 유기물의 종류가 거의 무제한이기 때문에 다양한 물질을 만들어 캐리어 주입 및 수송/발광/컬러 튜닝에 사용할 수 있기 때문이다. 자체 발광형이기 때문에 LCD에 비해 시야각, 대조비 등이 우수하며 백라이트가 필요치 않아 경량박형이 가능하고 소비전력 측면에서도 유리하다. 또한 화질이 뛰어나며 응답속도가 빠르기 때문에 동영상 구현능력이 우수하고 유연성 있는 기판 형성이 가능하므로 새로운 시장 개척의 잠재성을 지니고 있다. 현재 대부분 유기 EL을 OLED라고 부른다.전자현미경의 구조광학 현미경은 유리렌즈를 사용하여 상을 만드는데, 전자선은 유리를 통과하지 못하기 때문에 전자 렌즈를 쓴다. 전자 렌즈는 전자석으로 자계를 만들어 이것으로 전자선을 수렴 또는 발산시키는 장치이다.고성능 전자 현미경은 대물·중간·촬영 세 개의 렌즈가 삽입되어 있어 각 렌즈로 상을 확대하여 최종 상은 50만 배나 된다. 전자는 매우 가볍기 때문에 분자에 충돌하면 튕겨나간다. 그 때문에 경통 내에 공기가 있으면 전자가 활발하게 움직일 수가 없다. 따라서 광학 현미경에서는 볼 수 없는 커다란 배기계가 있으며, 전자 현미경의 경통 내에는 10-4~10-10mmHg이라는 진공도가 유지된다. (투과형 현미경 기준)전자현미경의 원리가시광선으로 물체를 비추는 일반 현미경과 달리 빛 대신 전자가 방출되는 음극선을 이용한다는 것이 가장 큰 원리적 차이이다. 따라서 물체를 보는 방식 또한 일반 현미경과 달라진다.투과현미경은 전자총에 의해 전자빔이 만들어지고 전기장에 의해 시료로 가속되어 향한다. 자기장을 이용한 전자렌즈에 의해 형광판이나 사진필름에 초점을 만들고 시료를 투과하며 시료의 원자 및 전자들과 상호작용한다. 상호작용한 전자빔은 검출기인 형광판이나 사진필름을 통해서 영상을 만들게 된다. 확대율과 해상력이 좋아 세포조직 및 미세구조를 관찰할 수 있으며, 단백질과 같은 작은 구조도 관찰할 수 있다. 분해능은 0.2nm(나노미터) 정도이다.주사형 현미경의 경우 텔레비전이나 전송 사진과 비슷한 원리로 만들어진다. 즉, 아주 가늘게 묶은 전자선 다발로 시료를 주사하여 시료면에서 나오는 2차 전자나 반사 전자 등을 전류로 바꾼다. 그리고 그것을 전기 신호에 동조하여 텔레비전의 브라운관 위의 주사선의 휘도를 변조시켜 상을 만든다. 전자선 다발로 조사된 시료면에서 발생하는 전자는 시료의 모양이나 구성 물질 등으로 변화한다. 또 주사 전자 현미경의 초점 심도는 상당히 크기 때문에 요철이 많은 시료를 관찰할 때에도 입체감있는 선명한 상을 얻을 수 있다.전자현미경의 특성광학현미경의 경우 분해능(分解能)이 빛의 파장에 의해 제한되어 19세기 말에 이미 배율 상 2000배가 한계였던 반면에, 전자현미경의 경우 전자빔의 파장은 0.05옹스트롬 정도로 짧아서 광학현미경으로는 관찰할 수 없었던 바이러스 등의 미생물까지도 선명하게 관찰할 수 있었다. 최근의 전자현미경은 수백만 배까지 상을 확대해서 관찰할 수 있고 결정 내의 원자배열(간격 1∼2 옹스트롬)까지 판별할 수 있으므로 생물학, 의학, 공학 등 넓은 분야에 걸쳐 이용되고 있다.진공 상태일 때만 작동된다는 특징이 있으며, 가시광선 현미경보다 훨씬 높은 배율로 자세하게 물체를 관찰할 수 있다. 대략 10만배 정도의 배율을 가진다. 따라서 미세한 것을 확대해서 보는 현미경 본래의 기능 외에 세포 내에 존재하는 미량 물질의 고정, 분포 상태, 분자의 입체 구조의 분석 등 분석 기계로서의 성능이 계속 증대하였다.전자 현미경에는 복잡하고 큰 전자계가 있다는 점도 광학 현미경과 다르다. 전자계의 중요한 점은 전자를 가속시키기 위해 고전압을 발생시키는 장치와 각 전자 렌즈의 강도(強度)를 바꾸기 위한 전원 부분 등이다. 보통 전자 현미경은 5~10만 볼트로 전자를 가속한다. 전자선의 파장은 가속 전압의 평방근에 반비례하여 짧아지는 성질이 있다. 또 아베의 이론에서 현미경의 분해능은 파장에 반비례하여 좋아진다. 따라서 전자 현미경의 분해능이 광학 현미경에 비해 매우 뛰어나다는 것을 알 수 있다.참고 문헌-EL Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1390762&cid=42566&categoryId=42566" http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1390762&cid=42566&categoryId=42566 Hyperlink "http://blog.naver.com/yoolimjong/60020359627" http://blog.naver.com/yoolimjong/60020359627-무기 EL Hyperlink "http://blog.naver.com/kilseok2/50001269552" http://blog.naver.com/kilseok2/50001269552-유기 EL Hyperlink "http://egloos.zum.com/niceinfo/v/8301507" http://egloos.zum.com/niceinfo/v/8301507-전자현미경 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EC%9E%90_%ED%98%84%EB%AF%B8%EA%B2%BD" https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EC%9E%90_%ED%98%84%EB%AF%B8%EA%B2%BD Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1139776&cid=40942&categoryId=32354" http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1139776&cid=40942&categoryId=32354 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1188464&cid=40942&categoryId=32354" http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1188464&cid=40942&categoryId=32354정보디스플레이학과ㅇㅇㅇㅇㅇㅇPAGE PAGE 2

공학/기술| 2024.01.30| 3페이지| 1,000원| 조회(147)

전자현미경, 준비보고서, 정보디스플레이학과

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정보디스플레이학과 광전자공학 1차 결과 보고서 Mechanoluminescence(ML)

1주차 결과 보고서 – Mechanoluminescence(ML)ㅇㅇㅇ실험 목적Phosphor film을 제작하여 물리적 자극을 가한 뒤에 빛이 나오는 ML의 발광 원리를 이해하고 발광된 빛의 특성을 평가하고 물성을 측정한다.시약 및 장비PDMS(Polydimethylsiloxane)우연히 합성되어 최초로 발견된 물질로, 실리콘을 베이스로 한 고분자 물질이다. 고무와 같이 점성이 있는 채로 흘러내리는 성질을 가진다. Tg가 -130도이며 탄성온도 범위는 약 -30℃~250℃이다. 더 낮은 온도에서는 결정화가 진행된다. “실리콘”고무인 PDMS는 매우 유연한 고분자로 이는 Si-O의 결합이 비틀림이 가능하기 때문이다. 그러한 결정 구조 때문에 온도에 따라 점도변화가 작고, 윤활성을 가지며, 전기 절연성이 작고 화학적으로 안정한 등 여러 분야에 유용하게 사용되고 있다.실험에서는 고체 가루인 Phosphor를 유리 기판에 Spin coating 한 뒤 기판으로부터 떼어내어 실험에 이용하기 위하여 사용하였다.1. Base(Wacker ELASTOSIL RT601): 기본 PDMS 물질로 실험에서 사용하기에는 너무 묽기 때문에 보통 실험에서 Curing agent와 섞어 사용한다.2. Curing agent(Wacker ELASTOSIL RT601): 물질을 3차원 그물눈 구조화하여 경화시키는 기능이 있는 첨가제. 경화제라고도 한다.위의 두 물질을 10:1 비율로 혼합한 후 spinbar를 사용해 30분 동안 섞어야 한다. 하지만 PDMS 자체가 점성이 너무 커 Spinbar가 잘 돌아가지 않아 유리막대로 저어서 섞어주었다. 이렇게 되면 기포가 많이 생기기 때문에 박막의 균일도에 영향이 생길 수 있지만, 굳이 진공장치로 기포를 빼주면서까지 하지 않더라도 실험 결과에 큰 영향이 되지 않는다고 판단하여 계속 실험을 진행하였다.Phosphor(CRT RGB 기준 대표 물질)Red: Y2O2S:EuGreen: ZnS:Cu,AlBlue: ZnS:Ag물질이 Direct band 대해서 조원들과 토의하였다. Phosphor의 양이 너무 많으면 최종 Solution이 너무 되게 만들어져 Spin coating을 할 때 박막이 제대로 퍼지지 않고 눌러 붙을 가능성이 있기 때문에 우리 조는 PDMS : Phosphor의 비율을 대략 1 : 0.7로 Solution을 만드는 것이 좋겠다는 결론을 내렸다. 따라서 해당 비율을 최대한 맞추기 위해서 사용한 물질들의 질량은 아래 표와 같다.(단위: g)처음(1)PDMS양필요한(0.7)Phosphor양계량해 넣은Phosphor 양Red11.78.327.01Green9.376.586.31Blue10.287.617.21Cyan(B+G)9.826.766.51위 배합비로 만들어진 Solution을 유리 Substrate에 Spin coating 시킨다. 40RPM에서 60초, 1000RPM에서 5초 회전시켰다. 그 뒤Spin coated 된 박막을 70도를 유지하는Hot plate에서 30분간 굳힌다. 그 다음 Substrate와 Solid state phosphor를 칼이나 손을 이용하여 분리한다. 이 때 phosphor가 손이나 옷에 묻지 않도록 조심한다.장비-Hot plate: 원하는 온도를 설정한 뒤 해당 온도를 유지시켜 분자 구조를 열로써 변화시키게끔 할 수 있는 실험장비이다.-전자저울: 디지털로 세밀하게 물질의 무게를 표시할 수 있는 장비이다. 영점 조절에 주의한다.-Spin coater: 진공으로 기판을 붙잡은 뒤 회전시켜 박막을 형성하는 장치이다. 실험실에서 Solution으로 박막을 만들 때 자주 사용한다.결과디지털 버니어 캘리퍼스로 잰 각각의 박막 두께는R 0.17mm, G 0.20mm, B 0.22mm, C 0.24mm다.이 때 실제 계량하여 넣은 Phosphor의 퍼센트 비율은 각각 59.9%, 67.34%, 70.14%, 66.3%다.두 데이터 사이에 상관관계가 있는지 알아보기 위해 표를 만들어 분포를 나타내었다. 표본 수가 적기 때문에 전적으로 신뢰할 수는 없는 데이터이다. 또한 몇 초 안에 빛을 내보내지 않게 된다.그런데 물리적 자극을 줘도 별다른 반응을 보이지 않던 Red와 Blue Phosphor와 다르게, Green, Cyan phosphor로 만든 박막의 경우 특이한 현상을 보여주었다. 빛이 다 없어진 듯 한 상태의 박막에 물리적인 자극을 주면 약간의 빛이 추가로 나오는, ML로 추정되는 현상을 확인할 있었다. 이러한 빛에 대한 원인에 대한 탐구는 결론 및 고찰에서 살펴보도록 하겠다.결론 및 고찰PL과정이 모두 끝난 것으로 보이는 박막에 물리적인 자극을 줬을 때 왜 빛이 나는 것일까? 이것은 Phosphor가 UV로부터 에너지를 받아서 PL을 하는 과정에서 미처 Excited state로 한번에 올라가지 못하고 Ground state나 중간의 Trap states에 남아 있는 전자들 때문일 것이라고 생각해볼 수 있다. 그러한 전자들이 물리적인 자극을 받게 되면 다시 Excited state가 되어 재결합하며 빛을 내면서 내려올 수 있게 되는 것이다. 이것은 인광 작용이므로 점멸하듯이 사라지지 않고 서서히 사라지는 것도 관찰 가능하다. 따라서 이것은 처음부터 순수하게 ML로만 빛을 내는 것은 아니지만, 물리적 자극에 의해서 의 ML의 일종이라고도 결론 내릴 수 있을 것이다. 이것은 문지르는 것에 의한 Luminescence라고 해서 Triboluminescence, 또는 Fractoluminescence라고도 한다.그렇다면 왜 Green, Cyan phosphor에서만 이러한 현상이 발생하는 것일까? 그것은 Phosphor의 분자 구조의 차이 때문이라고 생각해볼 수 있다. 단순히 Red와 Blue phosphor가 방출하는 ML이 존재함에도 불구하고 그 Intensity가 너무 낮았기 때문일 수도 있지만(이 경우에서는 민감한 Photodetector와 같은 광검출장치를 사용하여 사람의 눈에 의존하지 않는 정밀한 추가 실험을 할 필요성이 있다), ML, 그 중에서도 문지르는 자극에 의해서 발생하는 Tribo-luminescencharges recombine, the electric discharge ionizes the surrounding air, causing a flash of light. Research further suggests that crystals which display triboluminescence must lack symmetry (thus being anisotropic in order to permit charge separation) and be poor conductors. However, there are substances which break this rule, and which do not possess asymmetry, yet display triboluminescence anyway, such as hexakis(antipyrine)terbium iodide. It is thought that these materials contain impurities, which confer properties of asymmetry to the substance.하지만 Cyan film에서도 빛이 나는 이유에 대해서는 어떻게 설명할 수 있을까. 이것은 Green phosphor와 Blue phosphor가 화학적으로 화합된 것이 아닌 단순 균질 혼합물이기 때문에 Green Phosphor가 있어 물리적 자극을 주었을 때는 Green 빛이 나와야 할 것 같지만, 실제로 Cyan 빛이 나오는 것으로 보아 에너지 밴드적으로 새로운 준위가 형성되었다고 볼 수 있다. Phosphor가 방출하는 빛의 색, 즉 빛이 가지는 에너지 레벨들에 의해서 결정되기 때문이다.참고 문헌-PDMS Hyperlink "http://blog.naver.com/ver102/220196865473" http://blog.naver.com/ver102/220196865473-ML Hyperlink "https://en.wikipedia.org/wiki/Mechanoluminescenc광과 흡수추가 실험: Ni Sputtering 장비의 운용과 주사전자현미경(SEM)을 통한 텅스텐 필라멘트 관찰 결과Sputtering스퍼터링은 물질에 이온 충격을 가했을 때 그 물질을 구성하는 원자나 분자가 튀어나와 주위의 물체 면에 부착하는 현상을 이용해 박막을 형성하는 방식이다. 진공 통 안의 Ar기체의 방전으로 타깃의 원자나 분자를 튀어 나오게 하여 기판 위에 막을 형성한다.실험에서는Sputtering장비의 사용법과 전자 현미경의 원리를 이해하기 위하여 머리카락 위에 Pt sputtering을 하였다. 일반적으로 머리카락은 주사전자현미경(SEM)으로 관찰할 수 없는데, 그 이유는 머리카락과 같은 생물시료는 비전도성 시료여서 그 시료에 전도성을 부여하지 않으면 전자총에서 발생된 전자가 실에 주사되어 다시 발생하지 못해 그 상이 잘 관찰되지 않기 때문이다. 따라서 스퍼터링에 의해 2차 전자 방출률이 큰 금속(Au, Pt, Pd)을 시료 표면에 얇게 코팅을 해야 관찰할 수 있다. 그러나 복잡한 구조의 경우 깊은 곳까지 똑같이 코팅하기 위해 진공 증착을 사용하기도 한다.SEM(Scanning electron microscopy)을 통한 텅스텐 필라멘트 관찰물체에 닿았을 때 가시광에 비해서 회절이 거의 일어나지 않는 전자현미경의 특성 덕분에, 매우 높은 배율에서도 우수한 해상도를 가지는 상을 관찰할 수 있었다. 또한 연동된 컴퓨터에 설치되어 있는 SEM 소프트웨어의 부가 기능을 이용하여 촬영 이미지에 나와 있는 특정 부분의 직경이나 거리, 지름 등을 측정할 수가 있었다. 이러한 값과 순도 텅스텐 필라멘트의 비저항 값을 이용하여 단위 길이당 저항을 계산한 뒤 멀티미터를 이용하여 그 값을 비교할 수가 있다.추가 실험 참고 문헌스퍼터링 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=786564&cid=42431&categoryId=42431" http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=786564&PG

공학/기술| 2024.01.30| 5페이지| 1,000원| 조회(141)

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