음극 발광(CL) 현상을 이용한 CRT, FED, VFD, 전계 발광(EL) 현상을 이용한 LED, OLED, TFELD, 그리고 광 발광(PL) 현상을 이용한 PDP 이외에도 스스로 빛을 낼 수 있는 자발광 디스플레이에 적용할 수 있는 발광 현상과 실제 이를 이용한 디스플레이의 연구 결과물들도 보고되거나 개발 후 시제품이 발표되고는 있습니다. 다만, 아직까지는 상용화, 제품화에 적용될 수준에 이르지 못하였어도 학술적 연구나, 혹은 의욕을 가지고 시작하는 벤처들의 작품으로 등장하는 등, 관심을 끌고 있는 몇몇 기술과 원리들도 있습니다. 여기에서는 빛이 만들어지는 원리와 디스플레이에 사용할 수 있는 발광 기구에 대하여 살펴봅니다.
물체에서 빛이 만들어지는 이유는 흔히 단순합니다. 즉, 모든 물체는 제각각 원자나 분자 구조를 가지고 있으며, 원자핵을 중심으로 전자들이 주위의 고유 궤도, 즉 에너지 준위에서 움직이며 존재하고 있죠. 외부로부터 임의의 에너지가 전달되면, 전자들이 높은 에너지 준위로 이동하였다가 다시 원래의 준위로 복귀하면서 에너지를 방출합니다. 이 때, 방출되는 에너지는 빛이나 열과 같은 전자기파로 이루어지는데, 열의 형태로 방출되는 경우, 이를 열 복사(thermal radiation)라고 합니다.
태양으로부터 지구로 오는 전자기파도 열 복사의 한 예입니다. 이 때의 열, 즉, 전자기파는 우리 눈에 보이기도, 안보기도 하는데, 온도가 낮으면 적외선 쪽, 온도가 높아질수록 가시광선, 자외선 쪽으로 파장이 짧아지면서 에너지는 커집니다. 다만, 적외선은 파장이 길어서 에너지가 낮은 편이라 화학적, 생물학적 반응은 잘 일으키지 못하고, 주로 열을 전달하므로 열선이라고 합니다만. 대략 우리 눈에 보이려면, 붉은색 정도가 500도로, 온도가 더 높아지면 주황색, 노란색, 파란색, 그리고 1,400도 이상에서는 가시광선의 모든 파장이 섞인 하얀색이 보여지죠. 이와 같이 열 복사를 이용하여 빛을 보려면 높은 온도, 큰 에너지가 필요하게 되어 디스플레이에서는 적합하지가 않습니다.
그래서, 높지 않은 온도, 에너지에서 빛을 만들 수 있는 현상이 필요하게 되죠. 이를 발광(luminescence)이라고 합니다. 발광, 역시 전자가 높은 준위로 올라가서 다시 내려오면서 빛을 만든다는 사실에는 변함이 없으나, 이 때 사용되는 에너지의 형태는 다양합니다. 이미 자발광 디스플레이에 응용되고 있는 전자선, 전기장, 그리고 빛(광) 에너지 이외에도 마찰이나 음파와 같은 물리적인 자극, 생물이나 화학 반응 등도 있죠. 다만, 정보 디스플레이로 쓰기 위해서는 입력은 전기이어야 하며, 우리가 전기를 통하여 임의의 에너지를 생성하거나 자극하여 빛을 만들 수 있다면, 얼마든지 디스플레이로서 가능성이 있습니다. 물론 생성되는 빛은 우리 눈으로 볼 수 있는 가시광선, 특히 빛의 3원색인 빨강, 초록, 파랑이면 더 바람직하겠죠. 그리고, 전기가 들어가서 여러 과정을 통하여 빛을 만들어내는 디스플레이를 자발광(self-emission)형이라 함은 자명합니다. 반딧불이와 같은 생물 발광(bioluminescence), 밤낚시나 야간 응원 등에 쓰이는 발광 막대와 같은 화학 발광(chemoluminescence), 그리고 전기 화학 발광(Electrochemeluminescence) 등도 관심을 끄는 발광 원리입니다.
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#더! 생각해보기
a. 상용화된 디스플레이에 적용되었던 원리들 이외에 빛을 만들 수 있는 방법에는 무엇이 있을까.
b. 있다면 디스플레이 적용은 어떻게가능할까
c. 자연에서 관찰할 수 있는 발광은 무엇일까. 원리는 어떻게 될까
# 수식과 이론, 퀴즈
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