OLED 이야기, 3) 발광원리, 너는 어떻게 빛을 내는 거야?

2-2 OLED, 너는 어떻게 빛을 내는 거야? - YouTube

 

 

 

 

 

Q) 발광, 發光, 빛을 발하다, 즉 빛을 만들어내다~ 그런 뜻인가요?

A) 그렇죠. 우리가 일상에서 햇빛은 공기나 물만큼이나 소중하죠.  빛이 있어서 우리들은 서로 볼 수가 있고, 지구도 따뜻하게 데워지고, 식물들은 광합성을 하죠.  이러한 빛들을 인간도 만들 수 있습니다. 원시 시대의 마찰, 요즘의 성냥이나 라이터로 불을 피우면 되죠.  빨간 빛, 온도가 올라가면 파란색을 띄는 불, 불꽃들 말입니다. 불은 밝다는 점보다 뜨겁다는 느낌이 더 강하죠.  이렇게 에너지가 열 위주로 방출되는 것을 ‘열 복사(thermal radiation)’라고 합니다. 태양으로부터의 빛, 촛불, 그리고 횃불도 이에 해당하죠.

 

Q) 그건 불을 피워서 빛을 만드는 것이군요

A) 예, 그런데 우리가 형광등이나 TV에서 빛을 얻으려면 불을 피우거나 그로 인해 뜨거워지면 곤란하죠. 그래서 발광이라는 원리를 사용합니다.  즉, 에너지가 열보다는 빛으로 나와야 해요.  그리고, 뭐든 에너지가 나오려면 그에 상응하는 에너지가 들어가야 합니다.  들여보낼 수 있는 에너지의 종류는 다양하죠.  마찰도 그렇고, 화학 반응, 반딧불이와 같은 생물학적 반응, 심지어 소리와 같은 음파까지도 에너지로 활용할 수 있죠. 그런데 또, 우리가 TV에 마찰을 마구 일으키거나 반딧불이를 넣을 수는 없잖아요.  그래서 전기 에너지를 넣는 것이죠.  이와 같이 전기 에너지를 넣어서 열보다는 빛을 만들어 내는 과정을 우리는 ‘전계 발광(electroluminescence)’이라고 합니다.

 

Q) 그러면 OLED는 O, organic, 유기물에 전기를 흘려서 ‘유기’, LE, light emitting, 빛을 방출하는 ‘발광’… 인가요?... 그런데, D는 뭐죠?

A) 똑똑하시네요. D는 diode, 즉, 전극을 두개 가지고 있는 반도체 소자이죠.  전극이 두개이니, 당연히 한쪽 전극에서는 양전하, 반대쪽 전극에서는 음전하가 들어옵니다.  전하들이 움직이나 전류가 흐르게 되죠.  양전하는 정공(hole), 정공이 들어오는 전극을 양극(anode), 음전하는 전자(electron), 전자가 들어오는 전극을 음극(cathode)이라고 하죠.  양극과 음극을 통하여 들어온 정공과 전자들이 두 전극 사이에 끼워져 있는 유기물층을 통과하면서 빛을 만들어 냅니다.

 

Q) 아, 이제는 OLED, organic(유기), light emitting(발광), diode(다이오드)의 의미를 알겠네요.  이름에 원리가 담겨있군요.  그런데, 양쪽에서 들어온 정공과 전자가 어떻게 빛을 만들게 되는지요?

A) 자, 우리 학생들을 모델로 하여 예를 들어볼께요.  학교를 졸업하면 사회로 나가게 되죠.  사회로 나가면 에너지를 얻습니다. 일을 하고 월급을 타게 되니 ‘돈과 여유’라는 에너지를… 그리고 독립을 하죠. 즉, 부모님이라는 원자핵에 종속되어 있던 전자가 자유 전자(free electron)가 되는 순간이죠.  그리고, 새로운 세계에 들어섭니다.  자유 전자의 주입(injection)입니다.  활동 영역이 넓어지죠.  유연하게 여행도 가고 취미 활동도 하고… 유연한 유기물로 주입된 자유 전자가, 방향을 찾아, 움직여가는 전자의 전송(transport)이죠.  그러다가 어느 특별한 곳에서 운명같은 사랑을 만납니다. 저 쪽, 다른 곳에서 오고 있는 그대, 정공(hole)입니다.  둘은 멈춥니다. 마주보는 시선에는 사랑이 타오릅니다.  들떠 있죠. 마주친 둘이 들뜸이(exciton, 여기자)가 되죠.  그리고 사랑은 하나, 결혼입니다.

Q) 아, 사랑의 빛이 나오는군요

A) 그러면 얼마나 좋겠습니까마는, 에너지의 세계는 냉정합니다.  들어간 만큼 나오는 건 불변의 진리이죠.  들어간 에너지, ‘돈과 여유’는 줄어들고, 그 대신에 가정의 화목한 빛이 나오는 순간입니다.  가정, 빛이 나오는, 영역, 발광층… 참… 발음이 좀… 영어로 emission layer입니다.  요약하면, 전기 에너지를 통하여 양극과 음극에서 각각 주입된 정공과 자유 전자들이 유기물층으로 주입, 이동하여 발광층에서 만나, 여기자를 형성, 안정 상태로 되돌아오면서 빛을 만들어내는 과정입니다.

 

Q) 그러면, OLED에서 나오는 빛은 햇빛과 같은가요? 아니면…

A) 햇빛도 OLED에서 나오는 빛도 전자기파입니다… 즉, 전기장과 자기장이 어우러진… 다만, OLED에서 나오는 빛은 무한한 전자기파 영역에서, 우리 눈으로 볼 수 있는 영역, 즉, ‘가시광선(visible light)’ 영역이죠.  좀 더 정확히 말하면 빛의 3원색인 빨강과 초록, 그리고 파랑을 만들어내고, 이를 섞어서 다양한 파장의 빛, 즉, 색을 만들어가죠.  여기부터는 다음 노트, ‘OLED 빛의 성격은 어떨까?”에서 다루어 보겠습니다.

 

# 다양한 참고자료들을 사용하였기에 일일이 인용을 명시하지 못하였음을 양해바랍니다.