다구찌 실험계획법을 이용한 액정 전계 프레넬 렌즈의 광학적 해석

Title
다구찌 실험계획법을 이용한 액정 전계 프레넬 렌즈의 광학적 해석
Authors
김종운
Keywords
다구찌실험계획법을이용한액정전계프레넬렌즈의광학적해석
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
본 연구에서는, 다구찌 실험계획법을 이용하여 액정 전계 렌즈를 프레넬 렌즈의 구조와 특성을 수행할 수 있는 새로운 전극 구조를 제안하고, 액정 전계 렌즈의 기존 광학해석방법과 새로운 광학해석방법 각각의 시뮬레이션을 통하여 제안된 구조의 Cross-talk를 개선하기 위한 것이다. 3차원 영상출력에 사용되는 무안경 방식 중 렌티큘러 렌즈를 활용하는 방식은 밝기의 저하가 덜하고, 시야각 특성도 우수하지만 렌즈를 제작하는데 상당히 어려운 광학 기술과 많은 비용을 필요로 한다는 문제점이 있다. 렌티큘러 렌즈를 액정 전계 렌즈로 대체함으로써 장점은 유지하고, 2차원 영상 역시 출력할 수 있다. 또한, 액정 전계 렌즈를 프레넬 렌즈 특성을 수행하도록 설계가 가능하므로 기존의 액정층의 두께를 상당량 줄일 수 있다. 다구찌 실험계획법을 이용한 실험조건은 L18(21X37)형 직교배열표를 사용하였으며, 이를 위해 Cross-talk 발생에 가장 큰 영향을 주는 전압이 다른 전극의 개수, 전극의 전압, 각 전극간의 간격, 각 전극의 길이를 주요 제어 인자로 도출, 각각의 수준을 설정하여 시뮬레이션을 실시하였다. 3단계에 걸친 실험을 통해 얻은 데이터의 분석결과에 의하여 프레넬 렌즈의 품질을 예측할 수 있는 모델을 구성하였고 시뮬레이션의 최적 조건을 결정하여 프레넬 액정 렌즈 특성의 새로운 전극구조를 제시하였다. 액정 전계 렌즈를 해석함에 있어서 기존 광학해석방법은 액정의 중요한 특성 중에 하나인 복굴절 특성을 고려하지 않아 정확한 해석과 설계가 불가능하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 액정의 광학적 특성 해석에 Extended Jones Matrix Method를 적용하여 액정의 복굴절을 고려한 광학해석방법과 기존의 광학해석방법에 따른 Cross-talk를 비교하여 프레넬 액정 전계 렌즈의 설계를 제안하였다. 이를 위해 시뮬레이션에 의한 액정의 전위분포와 분자배열 분포를 계산하였고, 수치해석 방법으로 수식이 복잡하고 비선형 고차 방정식임을 고려하여 유한 차분법을 사용하였다. 또한, 액정 전계 렌즈를 설계하고 시뮬레이션을 통해 최적 시청거리 80cm에서의 특성을 확인한 결과, 영상간의 Cross-talk이 기존의 광학해석방법과 현저한 차이를 보였다. 본 연구결과 제안된 새로운 전극구조는 다구찌 실험계획법을 통해 최소 전극 개수로 프레넬 렌즈 특성을 수행할 수 있으며 새로운 광학해석방법은 액정 전계렌즈의 해석과 설계에 활용성이 높을 것으로 판단된다.
Description
본문목차 제 1 장 서 론 제 1 절 연구의 배경 및 필요성 제 2 절 연구의 목적 및 내용 제 3 절 연구의 구성 제 2 장 액정 전계 프레넬 렌즈의 구조 및 동작 원리 제 1 절 액정 전계 프레넬 렌즈의 동작원리 제 2 절 액정 전계 프레넬 렌즈의 구조 제 3 절 액정 전계 프레넬 렌즈의 설계 제 3 장 다구찌 방법을 이용한 액정 전계 프레넬 렌즈의 구조 최적 설계 제 1 절 실험계획법 및 다구찌 방법론 3.1.1. 실험계획법의 개념 3.1.2 다구찌 방법론 제 2 절 액정 전계 프레넬 렌즈의 직교배열표 3.2.1 액정 전계 프레넬 렌즈의 설계인자와 인자수준 3.2.2 액정 전계 프레넬 렌즈의 실험배치 제 3 절 액정 전계 프레넬 렌즈 실험계획 및 결과분석 3.3.1. 제 1차 실험설계 및 결과분석 3.3.2. 제 2차 실험설계 및 결과분석 3.3.3. 제 3차 실험설계 및 결과분석 제 4 절 액정 전계 프레넬 렌즈의 최적설계 3.4.1 액정 전계 프레넬 렌즈의 최적설계안 3.4.2 최적설계안 검증 제 4 장 액정 전계 프레넬 렌즈의 액정 분자배열 해석 제 1 절 탄성에너지 밀도 제 2 절 액정 셀 내의 전위 분포방정식 제 3 절 액정의 거동특성 분석 제 5 장 액정 전계 프레넬 렌즈의 광 특성 해석 제 1 절 Extended Jones Matrix Method 제 2 절 복굴절을 고려한 광특성 해석방법 제 6 장 결과 및 논의 제 7 장 결 론 참 고 문 헌 그 림 목 차 [그림 1] Actively switched lens [그림 2] Polarization activated lens [그림 3] 액정 전계 렌즈의 동작원리 [그림 4] 액정 전계 프레넬 렌즈의 구조 [그림 5] 입체 영상 구현을 위한 화상과 렌즈의 배열 [그림 6] 평행 광선법에 의한 액정 전계 렌즈의 설계 [그림 7] 렌즈 직경 피치의 설계 [그림 8] 실험 계획법의 순서 [그림 9] 다구찌 실험 계획법 손실함수 [그림 10] 통신 시스템의 기능관계 [그림 11] 방향자의 경사각, 꼬임각의 정의 [그림 12] 액정 분자의 변형형태 [그림 13] 경계면에서의 굴절과 반사 [그림 14] s, p파와 e, o파 [그림 15] 광축의 방향 [그림 16] 광경로차에 의한 파면의 왜곡 [그림 17] 위상차이에 의한 굴절 [그림 18] 타원편광 [그림 19] 전계의 각 방향 성분들의 위상차 [그림 20] 액정분포 [그림 21] 이상적인 프레넬 렌즈와 액정 전계 프레넬 렌즈의 광경로차 [그림 22] 각 해석 방법에 따른 광경로 추적 [그림 23] 최적 시청거리 80cm에서의 각 영상별 상대조도 표 목 차 [표 1] 액정 전계 프레넬 렌즈 인가된 전압 및 액정의 물성치 [표 2] LCD 패널의 특성 및 액정 전계 프레넬 렌즈의 수치 [표 3] 손실함수와 SN비 [표 4] 1차 실험의 주요인자와 수준 [표 5] 2차 실험의 주요인자와 수준 [표 6] 3차 실험의 주요인자와 수준 [표 7] 1차 실험의 L18(21X37)형 직교배열표 [표 8] 2차 실험의 L18(21X37)형 직교배열표 [표 9] 3차 실험의 L18(21X37)형 직교배열표 [표 10] 1차 실험의 주요인자와 수준 [표 11] 1차 실험조건 및 측정데이터 [표 12] 2차 실험의 주요인자와 수준 [표 13] 2차 실험조건 및 측정데이터 [표 14] 3차 실험의 주요인자와 수준 [표 15] 3차 실험조건 및 측정데이터 [표 16] 1차, 2차, 3차 실험결과를 통한 최적조건의 결정 [표 17] 1차. 2차, 3차 실험의 최적조건 [표 18] 각각의 해석방법을 통한 최적설계의 Cross-talk비와 SN비
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23498
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College of Engineering(공과대학) > Electronic Engineering (전자공학) > Theses(전자공학 석박사 학위논문)
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