기    술

1.

유기발광다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode)라 불리는 새로운 평판 디스플레이가 실생활에 등장하고 있다. 머지 않아 우리들은 OLED를 사용하는 휴대 전화나 노트북이 출시되었다거나, 두루마리처럼 둘둘 말았다가 펴서 볼 수 있는 디스플레이가 나왔다는 소식을 접하게 될 것이다. 그렇다면 OLED는 어떤 원리로 작동하는 것일까? (OLED의 작동 원리에 대한 화제 제기)

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OLED의 핵심은 두께가 100~200nm(나노미터, 1nm=10-9m) 정도인 유기 박막층이다. 유기 박막층을 이용하는 유기 반도체는 1987년에 중국인 과학자 '칭탕'이 개발하였다. 칭탕은 저분자 유기 물질로 이루어진 얇은 박막에 전류를 흘려주자 마치 무기 반도체처럼 밝은 초록빛을 내는 것을 발견하고 특허를 출원했다.

3.

OLED는 LCD에 비해 구조가 간단해서 제조비가 저렴하다. 초박막을 핵심 재료로 이용하므로 매우 얇은 두께의 디스플레이를 만들 수 있음은 물론이다. 또한 백열전구보다 2~3배 우수할 정도로 자체 발광 효율이 높고 선명하며, 화상을 볼 수 있는 각도가 크고 소비 전력이 낮다는 장점이 있다. 더욱이 기존 LCD보다 1000배 이상의 응답 속도를 낼 수 있어 뛰어난 동영상 구현이 가능하다. 그러나 유기 물질은 수분이나 산소와 화학적인 반응을 일으키기 쉽기 때문에 OLED는 다른 디스플레이에 비해 수명이 짧다는 단점이 있다. 그래서 수분이나 산소를 확실하게 차단할 수 있는 기술이 필수적이다.

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그런데 유기 반도체는 어떻게 빛을 내고 색을 조절할 수 있을까? 유기 반도체의 분자 외곽에 있는 많은 전자들의 에너지 준위*는 에너지띠를 형성하게 된다. 전자가 꽉 찬 에너지띠와 비어 있는 에너지띠 사이에 전자가 존재하지 않는 '에너지 밴드 갭'이 있는데, 마치 사람들로 꽉 찬 지하철 안에서는 움직이기 어려운 것과 같이 전자가 꽉 찬 에너지띠에서는 전자가 움직이지 못한다. 그런데 빛, 열 또는 전기 에너지 등을 가하면 전자는 에너지 밴드갭을 넘어서 그 위에 비어 있는 에너지띠로 올라가 움직일 수 있다. 그러면 아래에 있는 에너지띠에서도 일부 전자가 빠졌기 때문에 움직일 수 있는데, 이것은 마치 전자가 빠진 빈 구멍이 움직이는 것과 같으므로 '정공(hole)'이라고 하며 양의 전하를 가지고 있다.

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이와 같은 유기 반도체를 이용한 소자에 (+)에서 (-)의 순방향의 전압을 가하면 양극(+)에서는 양의 전하를 가진 정공이 에너지 밴드갭 아래의 에너지띠에 들어가고, 음극(-)에서는 음의 전하를 가진 전자가 에너지 밴드갭 위의 에너지띠에 들어가게 된다. 반대의 전하를 가진 정공과 전자는 서로 끌리게 되어 만나는데, 에너지 밴드갭 위의 높은 에너지를 가진 전자가 아래의 정공과 재결합하면서 이때 발생한 에너지 차이를 빛으로 내보내게 된다. 따라서 빛의 색깔은 에너지 밴드갭의 크기로 결정된다. 밴드갭이 크면 짧은 파장을 가진 파란색 계열의 빛이 나오고, 밴드갭이 작으면 긴 파장을 가진 빨간색 계열의 빛이 나오게 된다. 만약 파장이 가시광선 영역을 벗어나면 자외선이나 적외선이 나온다. 따라서 원하는 빛의 파장에 해당하는 에너지 밴드갭을 가진 유기 반도체를 발광층에 사용해 빛의 색깔을 마음대로 조절할 수 있다.

*준위 : 어떤 물리적인 양을 이미 주어진 양의 상대적인 양으로 표시한 값.

◆ 2015년 3월 사설모의고사(대성), 국어A 독서 영역 ‘기술’지문

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