: Korea University / Physics / B. Sc.

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1 1981 - 1985 : Korea University / Physics / B. Sc.
: Ohio State University / M. Sc. : Ohio State University / Ph. D. : Department of Physics, Ohio State University / Research Associate Present : Department of Physics, Korea University / Professor Tel :

2 강의에 앞서 강의 개요 : 첨단 디스플레이와 현대물리학 4주 강의 후 Quiz 한 번 (강의 내용 중심) 강의 목적
현재 및 미래 생활 속의 디스플레이 역사, 기능 이해 물리학 자연과학 속의 물리학 ⇒ 물리학의 위치 ⇒ 수학없이 물리학의 설명 (??) 물리학의 연구대상 (자연과 인간이 만든 Object 를 탐구하는 학문) 소립자 핵 원자 분자 거대분자 고체(반도체 등) human 지구 태양계 은하 ~10-15m Å ~㎛ ~㎜ ~m ~㎞ m

3 20세기 고전물리학 현대물리학 양자역학 Newton 역학 (3) 고전전자기학 (Maxwell 방정식 )(4) Bohr Schrodinger De Brogie Einstein 반도체 Bardeen

4 반도체 (Semiconductor) 물체(matter)를 전기적 성질로 나누면
절연체 (insulator) 반도체 (semi- conductor) 도체 (conductor) 초전도체 (super- conductor) 인위적으로 (artifically) 전기를 흐르게 혹은 흐르지 않게 할 수 있다. 외적으로 에너지 공급 열, 전기, 광 전하 (charge) Example : 전자 (electron)

5 전자 (Electron) 전자의 발견 (Thomson 父子) 아버지 Thomson : 전자의 입자성 아 들 Thomson :
전자의 파동성 20C : 전자 시대 Open! Thank you!!! 전자의 성질 Me = 9.1 Ⅹ10-31 kg 전하량(-e) = -1.6Ⅹ10-19 C : 전자 스핀(spin)을 통한 자기적(magnetic) 성질을 갖는다) e- Bohr magnetic (μB)

6 countable & Discontinuity
양자 (Quantum) 양자란? countable & Discontinuity (셀 수 있고) (불연속) 전하의 양자화 전하량 (Q) = n Ⅹ(±e-) 전자의 전하량(-1.6Ⅹ10-19C) 정수(1,2,3,…) 양자화 : 소립자의 세계에 적용

7 첨단 디스플레이 (display) 평판 (flat) 디스플레이를 포함한 미래형 디스플레이 디스플레이란
전파 송신, 수신을 통한 영상화 전자기 장치 종류 CRT (Cathode Ray Tube) : TV, Computer minitor LCD (Liquid Crystal display) : Cellular phone, 전자계산기 TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) : LCD 모니터, 요즘 칼라 휴대폰의 액정화면 PDP (Plasma Display Panel) : 대형 TV OLED (Organic Light Emitter Diode) PLED (Polymer Light Emitter Diode) FED (Field Emission Display)

8 CRT (Cathode Ray Tube)

9 LCD (Liquid Crystal display)

10 TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)

11 PDP (Plasma Display Panel)

12 OLED (Organic Light Emitter Diode)

13 PLED (Polymer Light Emitter Diode)
2000년 Nobel 화학상에 공헌

14 FED (Field Emission Display)

15 CRT (Cathode Ray Tube) TV 및 두꺼운 PC monitor 원리 Cathode 란? 전자란?
극성이 negative 질량을 갖고 있는 입자 q(-e) = -1.6Ⅹ10-19 C Me = 9.1 Ⅹ10-31 kg Can you image? 전자시대 개막 전자의 입자론 아버지 (J.J) Thomson (1906 Nobel 상) 전자의 발견 (Thomson 父子)

16 CRT (Cathode Ray Tube) 전자의 성질 야구공, 당구공 같은 입자 (전하와 질량이 존재)
전자 질량 : 9.1 Ⅹ10-31 kg 질량 0.5~1kg 전자의 극성, 전하량 등 판별 실험 (아버지 Thomson의 CRT : 음극선 실험)

17 CRT (Cathode Ray Tube) Cathode
(특정금속)에 고전압을 가해 주어서 열 발생 → 특정입자 방출 : 금속 내에 구속된 입자가 에너지를 받아서 탈출함 고전압대신 특정물질에 빛을 공급해서 전자발생 : 광전효과 (Einstein, 1921 Nobel상) Negative 라면 + V ? 극성이 없다면 전기장 Positive 라면 - 전하량 : q(-e) = -1.6Ⅹ10-19 C (Millkan 유적 실험) 방출된 입자가 negative ! (전자) 자연계 모든 전하는 정수(1,2,3,…)Ⅹ(-1.6Ⅹ10-19C) : 전하의 양자화

18 참고 : 전자의 입자성 vs 파동성 전자의 입자성 증명 (J. J. Thomson의 CRT(음극선) 실험을 통해서)
전자의 파동성? 파동(Wave)이란? 물결, 음파, 전자기파와 같이 주기적 모양을 갖고 에너지를 전달한다.

19 참고 : 전자의 파동성 (계속) 빛(전자기파의 일종)의 파동성 증명 : Fresnel의 밝은 점 가운데 밝은 점
속이 찬 불투명 공이나 원판 스크린 광원 가운데 밝은 점 빛의 보강간섭적 효과를 통한 파동성 증명

20 참고 : 전자의 파동성 (계속) 입사한 전자의 파동성 증명! 전자 방출 알루미늄 목표물 통과 후
스크린 상에 파동적 성질을 갖는 (회절)무늬 형성 입사한 전자의 파동성 증명!

21 참고 : 전자의 입자성 vs 파동성 결론적으로 전자와 같은 素粒子는 입자성과 파동성을 동시에 갖는다. (상보적 관계)
현대물리학에서는 파동적 의미를 부여하면서 전자와 같은 소립자의 발견확률로 해석한다. Example) 수소원자 (H) : 수소 핵과 1개의 전자로 구성 고전론 e- + 현대물리학적 해석 (Bohr 반지름) 전자의 위치 (X)

22 참고 : 전자의 입자성 vs 파동성 : Heisenberg 불확정성의 원리
질문) 입자성에 근거한 素粒子의 위치 확인이 정확히 정의될 수 있을까? (예 x=1cm) 답) No! 素粒子 위치의 불확정도 Heisenberg의 불확정성의 원리 : 素粒子의 위치와 운동상태의 측정에는 최소한의 불확정성이 있다.

23 CRT (Cathode Ray Tube) + 전기장 V e- 혹은 자기장 - 목표물 (target)
형광(발광) 물질 e- - 목표물 (target) 전자 (charged particle의 일종)이 가속된 에너지를 갖고 형광(혹은 발광) 물질과 충돌! → 형광 물질에 특정 에너지 전달 왜 형광 혹은 발광 ? 왜 光이?

24 光(light)의 발생원리 光(Visible light)이란 전자기파의 일종(극히 좁은 영역), 파장(400nm~700nm
Maxwell의 무지개 파장 (400nm~700nm), 에너지(수eV)의 光을 우리(인간)가 눈으로 볼 수 있다. 참고 1eV=1.6X10-19(V)

25 光(Visible Light)을 어떻게 인위적으로 만드나?
특정원자, 분자, 혹은 분자의 집합체(즉, 물질)에 외부에서 에너지가 공급되어서 내부전자를 들뜬 상태(Excitation state)를 만들고 들뜬 상태는 곧바로 안정화 상태(ground state)로 갈려고 한다. 이때 (들뜬 상태→안정화 상태) 공급받은 에너지 일부를 전자파의 형태로 방출한다. (일종의 에너지 보존법칙) hit 들뜬 상태 에너지(전자파) 방출 안정화 상태

26 光(Visible Light)을 어떻게 인위적으로 만들어지나?
빈(empty) 상태 그러나 전자가 존재할 수 있다. 자연적으로 전자가 존재할 수 없다. 전자로 채워진 상태 Energy Energy 방출 외부 에너지 공급으로 전자가 들뜬 상태로 (Excited State) : 들뜬 상태 전자는 자연법칙에 따라 다시 내려온다. 안정화된 에너지상태(Ground State) 이때 에너지를 방출한다.

27 光(Visible Light)을 인위적으로 만든다 : 결론
전자가 비어 있지만 갈 수 있는 에너지 상태 외부 Energy : 빛 전기 열 등… Energy 방출 Eg : Eg 크기가 대략 Visible light의 에너지에 해당되면 광 (눈에 보이는)이 발생한다. 전자들이 꽉 찬 band

28 光 실험기구 : Laser Laser (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) (전자기파) 복사의 자발적 분출에 의한 빛의 증폭 에너지 “Coherence” (결맞음)을 유도하여 분출되는 빛을 증폭 에너지

29 수소원자의 스펙트럼 + - 모든 원자, 분자, 물질은 허용된 띄엄띄엄한 에너지 상태, 양자역학적 에너지 상태가 있다.
수소원자 에너지 준위 + 전자구름 - 모든 원자, 분자, 물질은 허용된 띄엄띄엄한 에너지 상태, 양자역학적 에너지 상태가 있다.

30 참고 : 원자, 분자, 물질의 에너지 상태의 양자화 (구성된 전자 중심으로)
참고 : 원자, 분자, 물질의 에너지 상태의 양자화 (구성된 전자 중심으로) 에너지 양자화 : 셀 수 있고, 띄엄띄엄한 에너지 상태만 존재 원자 (예, H(수소)) 분자 (예, H2 등) 2개 물질 (실리콘, 구리,철 등) 구성원자가 많아지면 n=∞ 일종의 band n=3 n=2 Energy (예, 6X1023) n=1