In this paper, a GAN-based data augmentation method is proposed for topology optimization. In machine learning techniques, a total amount of dataset determines the accuracy and robustness of the trained neural network architectures, especially, supervised learning networks. Because the insufficient data tends to lead to overfitting or underfitting of the architectures, a data augmentation method is need to increase the amount of data for reducing overfitting when training a machine learning model. In this study, the Ganerative Adversarial Network (GAN) is used to augment the topology optimization dataset. The produced dataset has been compared with the original dataset.

2D 퍼즐은 인기있는 보드게임이다. 2D 퍼즐을 완성하는 기술은 많이 연구되었다. 하지만 2D만으로는 대상 을 효과적으로 표현하기 어렵다는 한계가 있다. 본 연구에서는 영상으로부터 높이를 가진 2D+ 레고 퍼즐을 생성하는 방법을 제안한다. 이를 위해서 본 연구에서는 영상의 높이 맵과 분할 맵의 정보를 활용한다. 우리 는 2D+ 퍼즐에 적용하기위해 다양한 대상의 높이 및 영역 정보를 적절하게 처리해야한다. 이러한 이유로, 우리는 깊이 맵과 분할영역 맵을 추출하기 위해 모델에 심층 학습 모델을 적용한다. 높이 맵을 추출하기 위 해 우리는 CelebAMask-HQ dataset으로 학습한 BiseNet을 채택했다. 그리고 분할 맵을 얻기 위해 NYU Depth V2 dataset으로 학습한 DenseDepth를 사용했다. 입력 영상에 대해서 저해상도 영상 및 높이 맵과 분할 맵을 추출하고, 저해상도 영상을 레고 브릭의 색 팔레트를 적용한 영상에 대해서 높이 맵과 분할 맵 정보를 적용해서 높이를 가진 2D+ 픽셀 아트 영상을 생성한다. 그리고, 이 픽셀 아트 영상에 대해서 같은 높이와 같은 색을 가진 픽셀들에 대해서 최대한 큰 브릭을 적용하는 그리디 알고리즘을 적용해서 2D+ 레 고 퍼즐을 완성한다. 본 연구에서는 다양한 초상화를 대상으로 2D+ 레고 퍼즐을 완성하는 예를 제시하였으 며, 그 중 하나를 직접 제작하여 그 결과를 제시한다.

In this study, (GaN)1-x(ZnO)x solid solution nanoparticles with a high zinc content are prepared by ultrasonic spray pyrolysis and subsequent nitridation. The structure and morphology of the samples are investigated by X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy, and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The characterization results show a phase transition from the Zn and Ga-based oxides (ZnO or ZnGa2O4) to a (GaN)1-x (ZnO)x solid solution under an NH3 atmosphere. The effect of the precursor solution concentration and nitridation temperature on the final products are systematically investigated to obtain (GaN)1-x(ZnO)x nanoparticles with a high Zn concentration. It is confirmed that the powder synthesized from the solution in which the ratio of Zn and Ga was set to 0.8:0.2, as the initial precursor composition was composed of about 0.8-mole fraction of Zn, similar to the initially set one, through nitriding treatment at 700oC. Besides, the synthesized nanoparticles exhibited the typical XRD pattern of (GaN)1-x(ZnO)x, and a strong absorption of visible light with a bandgap energy of approximately 2.78 eV, confirming their potential use as a hydrogen production photocatalyst.

최근 심층 학습 기반의 표정 재연 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 표정 재연 기술이란 입력 이미지 속 사람의 표정을 원하는 표정으로 재연하는 기술이다. 표정 재연 기술은 게임 산업 분야에 유용하게 활용될 수 있을 것이나 표정 재연 기술을 게임 캐릭터에 적용하는 것은 쉽지 않다. 게임 캐릭터의 AU(Action Unit)를 추출하는 것이 힘든 일이기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 색상 모듈을 사용하여 게임 캐릭터에도 적용할 수 있는 심층 표정 재연 기술을 제안한다. 게임 캐릭터에서 AU 추출이 가능하도록 색상 모듈을 이용, 캐릭터의 얼굴 색을 실제 사람 얼굴의 색으로 조정한다. 본 논문의 모델은 GAN 기반 구조이다. 본 논문이 제시한 프레임 워크는 색상 모듈, 두가지 생성자, 두가지 판별자, Identity 보존 모듈로 이루어진다. 입력 이미지를 색상 모듈을 통해 얼굴 색을 조정한 후 입력 AU에 따라 생성자를 통해 중립 이미지를 생성한 후 재연 이미지를 생성한다. 그 후 색상 모듈을 통해 입력 이미지 캐릭터의 피부색으로 다시 조정하여 결과 이미지를 생성한다. 이미지가 생성될 때마다 판별자를 통해 이미지의 품질을 측정하고 Identity 보존 모듈을 통해 Identity를 예측하여 보존한 다. 본 연구의 결과는 게임 캐릭터에 대해 기존 연구들보다 표정 변화가 잘 일어난 이미지를 생성했고 이를 게임 분야에 활용할 수 있을 것이다.

최근 GAN(Generative Adversarial Network) 등장 이후 얼굴 표정 재연(face reenactment)의 연구가 활발해지고 있다. 얼굴 표정 재연은 입력으로 주어진 얼굴 이미지를 원하는 표정의 이미지 혹은 표정 정보를 갖는 벡터(vector)을 입력으로 주어 원하는 표정으로 합성하는 기술이다. 본 논문은 GAN 아키텍쳐(architecture)를 기반으로 회전 모듈 (rotate module)과 다양한 각도의 게임 캐릭터 표정을 표정 정보를 갖는 AUs(Action Units) vector를 통해 재연시키 는 방법을 제안한다. 입력으로 다양한 각도의 게임 캐릭터 얼굴이 주어지면 회전 모듈을 통해 정면화(frontalization) 시킨 이미지를 합성한다. 이를 통해, 다양한 각도의 게임 캐릭터들은 각도의 영향에서 벗어날 수 있다. 정면화 이미지는 원하는 표정으로 합성하기 위해 표정 정보를 갖는 AU벡터와 함께 생성자(generator)에 입력으로 주어진다. 이 때, 표정 정보를 갖고 있는 벡터는 AUs를 사용함으로써 다양한 표정과 세기(intensity)를 표현할 수 있다. 생성자는 표정 정보에 대한 관심 지역을 의미하는 관심 마스크(attention mask)를 생성하고 색상 정보를 의미하는 색상 마스크(color mask)를 생성한다. 이를 통해, 게임 캐릭터의 특징과 기타 부착물을 보존하며 표정을 재연한 이미지를 합 성할 수 있다. 관심 마스크와 색상 마스크를 이용하여 원하는 표정으로 재연한 재연 이미지를 합성하고 다시 회전 모듈을 통해 기존의 입력 이미지의 각도로 재회전하여 원하는 결과 이미지를 얻을 수 있다.

본 논문에서는 게임 입력 영상을 일러스트 스케치로 변환하는 GAN 기반의 프레임워크를 제시한다. 이 프레임 워크는 HED(Holistically-Nested Edge Detection) 기법을 통해 게임 입력 영상의 윤곽선과 일러스트 스케치의 윤곽선을 추출하고, 추출한 윤곽선 간의 차이를 LPIPS(Learned Perceptual Image Patch Similarity) 기법으로 추정하는 완화된 순환 일치 손실 모듈을 적용한다. 이 모듈을 통해 게임 입력 영상과 일러스트 스케치의 윤곽선 을 비교하여 명확한 선 표현에 집중한다. 또한 집중적으로 변환해야 하는 영역을 식별하기 위해 의미론적인 영 역에 초점을 맞춘 어텐션 맵을 사용한다. 본 논문이 제시한 프레임워크는 스타일 추출 모듈, 생성자 모듈, 판별 자 모듈 및 완화된 순환 일치 손실 모듈로 구성된다. 먼저 스타일 추출 모듈을 사용하여 일러스트 스케치 영상의 스타일을 추출한다. 다음으로 생성자 모듈을 사용하여 게임 입력 영상에서 추출한 스타일 어텐션 맵을 통해 일러스트 스케치를 생성한다. 생성된 일러스트 스케치 영상을 판별자 모듈을 통해 처리하여 생성된 일러스트 스케치의 품질을 측정한다. 또한 생성된 일러스트 스케치에서 게임 입력 영상의 구조 유지 및 명확한 선 표현을 위해 완화된 순환 일치 손실을 적용한다. 다양한 게임 입력 영상의 스케치를 통해 프레임워크의 우수성을 입증한다.

최근에는 스마트폰 중독의 ‘저연령화’가 우려된다. 아동의 스마트폰 중독에 영향을 미치는 요인은 아동의 개인적 특성 뿐만 아니라 부모요인이 있다. 아동의 스마트폰 중독에는 부모양육태도가 중요하게 영향을 미친다. 본 연구는 아동의 스마트폰 중독 경향에 대한 부모의 양육태도와 아동의 주의집중 문제의 구조모형을 분석하였다. 한국청소년정책연구원에서 제공한 한국아동청소년 패널조사(KCYPS 2018)의 중 초등학교 4학년의 자료를 사용하였다. 자료 분석은 SPSS 24.0과 AMOS 24.0을 사용하여 Pearson 상관분석, 구조방정식 모형을 분석하였다.

본 논문에서는 생성 모델로 색칠하기 게임에서 사용 가능하도록 임의의 선화와 원하는 컬러링 스타일을 입력하면 자동으로 컬러링 영상을 생성하는 신경망 모델인 FillingGAN을 제안한다. 제안된 모델은 스타일 영상의 특징을 추출하는 오토 인코더 구조의 모듈과 추출된 스타일 영상의 특징을 선화에 적용해서 이미지를 생성하는 GAN 모델로 구성된다. GAN 모델은 선화에서 추출된 구조와 스타일 영상에서 추출된 색 정보를 이용해서 채색 영상을 생성하는 과정을 수행하며, 이를 위해서 선화의 구조와 스타일 영상의 색 정보를 유지하는 손실 함수를 설계한다. 우리의 모델은 선화의 고유한 특징을 보존하며 스타일이 적용된 이미지를 생성한다.

Despite numerous advances in the preparation and use of GaN, and many leading-edge applications in lighting technologies, the preparation of high-quality GaN powder remains a challenge. Ammonolytic preparations of polycrystalline GaN have been studied using various precursors, but all were time-consuming and required high temperatures. In this study, an efficient and low-temperature method to synthesize high-purity hexagonal GaN powder is developed using sub-micron Ga2O3 powder as a starting material. The sub-micron Ga2O3 powder was prepared by an ultrasonic spray pyrolysis process. The GaN powder is synthesized from the sub-micron Ga2O3 powder through a nitridation treatment in an NH3 flow at 800℃. The characteristics of the synthesized powder are systematically examined by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, and UV-vis spectrophotometer.

An Al2O3/AlN bilayer deposited on GaN by atomic layer deposition (ALD) is employed to prepare Al2O3/AlN/GaN metal-insulator-semiconductor (MIS) diodes, and their interfacial properties are investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) with sputter etch treatment and current-voltage (I-V) measurements. XPS analyses reveal that the native oxides on the GaN surface are reduced significantly during the early ALD stage, indicating that AlN deposition effectively clelans up the GaN surface. In addition, the suppression of Al-OH bonds is observed through the ALD process. This result may be related to the improved device performance because Al-OH bonds act as interface defects. Finally, temperature dependent I-V analyses show that the barrier height increases and the ideality factor decreases with an increase in temperature, which is associated with the barrier inhomogeneity. A Modified Richardson plot produces the Richardson constant of A** as 30.45 Acm−2K−2, which is similar to the theoretical value of 26.4 Acm−2K−2 for n-GaN. This indicates that the barrier inhomogeneity appropriately explains the forward current transport across the Au/Al2O3/AlN/GaN interface.

Epitaxial (1120) a-plane GaN films were grown on a (1102) R-plane sapphire substrate with photoresist (PR) masks using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The PR mask with striped patterns was prepared using an ex-situ lithography process, whereas carbonization and heat treatment of the PR mask were carried out using an in-situ MOCVD. The heat treatment of the PR mask was continuously conducted in ambient H2/NH3 mixture gas at 1140℃ after carbonization by the pyrolysis in ambient H2 at 1100℃. As the time of the heat treatment progressed, the striped patterns of the carbonized PR mask shrank. The heat treatment of the carbonized PR mask facilitated epitaxial lateral overgrowth (ELO) of a-plane GaN films without carbon contamination on the R-plane sapphire substrate. Thhe surface morphology of a-plane GaN films was investigated by scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The structural characteristics of a-plane GaN films on an R-plane sapphire substrate were evaluated by ω-2θ high-resolution X-ray diffraction. The a-plane GaN films were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to determine carbon contamination from carbonized PR masks in the GaN film bulk. After Ar+ ion etching, XPS spectra indicated that carbon contamination exists only in the surface region. Finally, the heat treatment of carbonized PR masks was used to grow high-quality a-plane GaN films without carbon contamination. This approach showed the promising potential of the ELO process by using a PR mask.

연구에서는 연색 지수가 90이상의 초고연색성 백색 발광다이오드를 구현하기 위해서, 황색형광체로서 Y3Al5O12:Ce3+, 녹색형광체로서 Lu3Al5O12:Ce3+ 그리고 적색형광체로서 InP/ZnS 양자점을 적용한 형광체 변환방식의 백색 발광다이오드의 새로운 조합을 제안하였다. 또한 발광효율을 향상하기 위해서 청색 칩 위에 이증 구조의 형광 체 도포방식을 적용하였다. 적색 InP/ZnS 양자점을 적용하여 만들어진 백색 발광다이오드는 동작전류 60mA, 상관 색온도 5200K 조건하에서 발광효율이 123 lm/W 이상이며, 90 이상의 초고연색성을 나타내었다. 상업적으로 적용된 초고연색성 백색 발광다이오드 제품과 비교해 보면, 적색 InP/ZnS 양자점을 적용한 형광체 변환 방식에 의한 백색 발광다이오드 연구 결과는 고체조명 응용에 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

The GaN-powder scrap generated in the manufacturing process of LED contains significant amounts of gallium. This waste can be an important resource for gallium through recycling of scraps. In the present study, the influence of annealing temperatures on the structural properties of GaN powder was investigated when the waste was recycled through the mechanochemical oxidation process. The annealing temperature varied from 200oC to 1100oC and the changes in crystal structure and microstructure were studied. The annealed powder was characterized using various analytical tools such as TGA, XRD, SEM, and XRF. The results indicate that GaN structure was fully changed to Ga2O3 structure when annealed above 900oC for 2 h. And, as the annealing temperature increased, crystallinity and particle size were enhanced. The increase in particle size of gallium oxide was possibly promoted by powder-sintering which merged particles to larger than 50 nm.

GaN is most commonly used to make LED elements. But, due to differences of the thermal expansion coefficient and lattice mismatch with sapphire, dislocations have occurred at about 109~1010/cm2. Generally, a low temperature GaN buffer layer is used between the GaN layer and the sapphire substrate in order to reduce the dislocation density and improve the characteristics of the thin film, and thus to increase the efficiency of the LED. Further, patterned sapphire substrate (PSS) are applied to improve the light extraction efficiency. In this experiment, using an AlN buffer layer on PSS in place of the GaN buffer layer that is used mainly to improve the properties of the GaN film, light extraction efficiency and overall properties of the thin film are improved at the same time. The AlN buffer layer was deposited by using a sputter and the AlN buffer layer thickness was determined to be 25 nm through XRD analysis after growing the GaN film at 1070˚C on the AlN buffer CPSS (C-plane Patterned Sapphire Substrate, AlN buffer 25 nm, 100 nm, 200 nm, 300 nm). The GaN film layer formed by applying a 2 step epitaxial lateral overgrowth (ELOG) process, and by changing temperatures (1020~1070˚C) and pressures (85~300 Torr). To confirm the surface morphology, we used SEM, AFM, and optical microscopy. To analyze the properties (dislocation density and crystallinity) of a thin film, we used HR-XRD and Cathodoluminescence.

Nanosphere lithography is an inexpensive, simple, high-throughput nanofabrication process. NSL can be done in different ways, such as drop coating, spin coating or by means of tilted evaporation. Nitride-based light-emitting diodes (LEDs) are applied in different places, such as liquid crystal displays and traffic signals. The characteristics of gallium nitride (GaN)-based LEDs can be enhanced by fabricating nanopatterns on the top surface of the LEDs. In this work, we created differently sized (420, 320 and 140 nm) nanopatterns on the upper surfaces of GaN-based LEDs using a modified nanosphere lithography technique. This technique is quite different from conventional NSL. The characterization of the patterned GaN-based LEDs revealed a dependence on the size of the holes in the pattern created on the LED surface. The depths of the patterns were 80 nm as confirmed by AFM. Both the photoluminescence and electroluminescence intensities of the patterned LEDs were found to increase with an increase in the size of holes in the pattern. The light output power of the 420-nm hole-patterned LED was 1.16 times higher than that of a conventional LED. Moreover, the current-voltage characteristics were improved with the fabrication of differently sized patterns over the LED surface using the proposed nanosphere lithography method.

The ZnO thin films were grown on GaN template substrates by RF magnetron sputtering at different RF powers and n-ZnO/p-GaN heterojunction LEDs were fabricated to investigate the effect of the RF power on the characteristics of the n-ZnO/p-GaN LEDs. For the growth of the ZnO thin films, the substrate temperature was kept constant at 200˚C and the RF power was varied within the range of 200 to 500W at different growth times to deposit films of 100 nm thick. The electrical, optical and structural properties of ZnO thin films were investigated by ellipsometry, X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), photoluminescence (PL) and by assessing the Hall effect. The characteristics of the n-ZnO/p-GaN LEDs were evaluated by current-voltage (I-V) and electroluminescence (EL) measurements. ZnO thin films were grown with a preferred c-axis orientation along the (0002) plane. The XRD peaks shifted to low angles and the surface roughness became non-uniform with an increase in the RF power. Also, the PL emission peak was red-shifted. The carrier density and the mobility decreased with the RF power. For the n-ZnO/p-GaN LED, the forward current at 20 V decreased and the threshold voltage increased with the RF power. The EL emission peak was observed at approximately 435 nm and the luminescence intensity decreased. Consequently, the crystallinity of the ZnO thin films grown with RF sputtering powers were improved. However, excess Zn affected the structural, electrical and optical properties of the ZnO thin films when the optimal RF power was exceeded. This excess RF power will degrade the characteristics of light emitting devices.

In this study, GaN powders were synthesized from gallium oxide-hydroxide (GaOOH) through an ammonification process in an NH3 flow with the variation of B2O3 additives within a temperature range of 300-1050˚C. The additive effect of B2O3 on the hexagonal phase GaN powder synthesis route was examined by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transformation infrared transmission (FTIR) spectroscopy. With increasing the mol% of B2O3 additive in the GaOOH precursor powder, the transition temperature and the activation energy for GaN powder formation increased while the GaN synthesis limit-time (tc) shortened. The XPS results showed that Boron compounds of B2O3 and BN coexisted in the synthesized GaN powders. From the FTIR spectra, we were able to confirm that the GaN powder consisted of an amorphous or cubic phase B2O3 due to bond formation between B and O and the amorphous phase BN due to B-N bonds. The GaN powder synthesized from GaOOH and B2O3 mixed powder by an ammonification route through β-Ga2O3 intermediate state. During the ammonification process, boron compounds of B2O3 and BN coated β-Ga2O3 and GaN particles limited further nitridation processes.

In this study, we have investigated highly efficient nanoscale surface corrugated light emitting diodes (LEDs) for the enhancement of light extraction efficiency (LEE) of nitride semiconductor LEDs. Nanoscale indium tin oxide (ITO) surface corrugations are fabricated by using the conformal nanoimprint technique; it was possible to observe an enhancement of LEE for the ITO surface corrugated LEDs. By incorporating this novel method, we determined that the total output power of the surface corrugated LEDs were enhanced by 45.6% for patterned sapphire substrate LEDs and by 41.9% for flat c-plane substrate LEDs. The enhancement of LEE through nanoscale surface corrugations was studied using 3-dimensional Finite Different Time Domain (FDTD) calculation. From the FDTD calculations, we were able to separate the light extraction from the top and bottom sides of device. This process revealed that light extraction from the top and bottom sides of a device strongly depends on the substrate and the surface corrugation. We found that enhanced LEE could be understood through the mechanism of enhanced light transmission due to refractive index matching and the increase of light scattering from the corrugated surface. LEE calculations for the encapsulated LEDs devices also revealed that low LEE enhancement is expected after encapsulation due to the reduction of the refractive index contrast.