발광
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목차
1. 개요
발광은 다양한 에너지원에 의해 물질이 빛을 내는 현상으로, 이온 충격, 전류 통과, 화학 반응, 기계적 작용 등 여러 요인에 의해 발생한다. 광발광, 전기발광, 음극선발광, 열발광, 화학발광, 생물발광 등 다양한 종류가 있으며, 각 발광 현상은 형광등, LED, 브라운관, 열발광 선량계, 케미컬 라이트, 반딧불이 등 다양한 기술과 현상에 활용된다. 발광은 조명, 디스플레이, 의료 영상, 광물 감정 등 다양한 분야에서 활용되며, 1888년 '루미네선스'라는 용어가 처음 사용되었다.
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| 발광 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 물질이 자발적으로 빛을 방출하는 현상 |
| 종류 | 광발광 (Photoluminescence, PL) 전기 발광 (Electroluminescence, EL) 음극선 발광 (Cathodeluminescence, CL) |
| 역사 | 양자 이론 등장 이전부터 형광 및 인광 현상 연구 |
| 발광 메커니즘 | |
| 자발적 방출 | 물질 내부에서 자발적으로 일어나는 빛 방출 |
| 여기 상태 | 물질이 외부 에너지(빛, 전기 등)를 흡수하여 높은 에너지 상태로 전이된 후, 낮은 에너지 상태로 되돌아가면서 빛 방출 |
| 발광의 종류 | |
| 광 발광 | 빛에 의해 유발되는 발광 현상 |
| 전기 발광 | 전기 에너지에 의해 유발되는 발광 현상 |
| 음극선 발광 | 음극선(전자빔)에 의해 유발되는 발광 현상 |
| 응용 분야 | |
| 조명 | 형광등, LED 조명 등 |
| 디스플레이 | LCD, OLED 디스플레이 등 |
| 분석 화학 | 물질 분석, 생체 물질 검출 등 |
| 과학 연구 | 물리학, 화학, 생물학 등 다양한 분야 연구에 활용 |
2. 발광의 종류
발광은 다양한 원인에 의해 발생하며, 여러 종류로 분류할 수 있다.
- 이온발광: 고속 이온의 충격에 의해 발생한다.
- 라디오발광: 이온화 방사선의 충격에 의해 발생한다.
- 전기발광: 물질에 전류를 통과시켜 발생한다.
- 음극선발광: 발광 물질이 전자에 의해 충격을 받아 발생한다.
- 화학발광: 화학 반응의 결과로 빛이 방출되는 현상이다.
- 생물발광: 생물체 내 생화학 반응에 의해 발생한다.
- 전기화학발광: 전기화학 반응에 의해 발생한다.
- 용액발광: 고체(보통 강하게 조사된)를 액체 용매에 용해시킬 때 발생한다.
- 캔들발광: 특정 물질이 고온에서 방출하는 빛으로, 해당 온도에서 예상되는 흑체 방사와는 다르다.
- 기계발광: 고체에 기계적인 작용이 가해질 때 발생한다.
- 마찰발광: 물질이 긁히거나, 부서지거나, 문질러질 때 물질 내 결합이 끊어지면서 발생한다.
- 파쇄발광: 특정 결정체의 결합이 파쇄에 의해 끊어지면서 발생한다.
- 압전발광: 특정 고체에 압력이 작용하여 발생한다.[4]
- 음향발광: 소리에 의해 여기될 때 액체 내 기포가 내파될 때 발생한다.
- 결정발광: 결정화 과정에서 발생한다.
- 열발광: 물질이 가열될 때 흡수된 에너지가 재방출되는 현상이다.[5]
- 냉발광: 물체가 냉각될 때 빛이 방출되는 현상이다.[6] (불석이 한 예임)
- 광발광: 광자의 흡수에 의해 발생한다.
- 형광: 여기원이 제거된 직후에 빛의 방출이 끝나는 현상. 양자역학적으로는 여기 상태에서 빛 방출까지 스핀 다중도의 변화가 없는 경우를 의미한다.[2]
- 인광: 여기가 끝난 후에도 빛이 지속적으로 방출되는 현상. 양자역학적으로는 여기 상태에서 빛 방출까지 스핀 다중도의 변화가 있는 경우를 의미한다.[2]
| 발광 | 여기 에너지원 | 현상명 | 관련 기술 및 현상 예시 | |
|---|---|---|---|---|
| 포토루미네선스(Photoluminescence) | 광자 | 형광 | 형광등, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트(냉음극관), 플라스마 디스플레이(PDP), 네온 컬러 | |
| 인광 | EL 인광 재료 | |||
| 축광 | 형광 페인트 | |||
| 일렉트로루미네선스(Electroluminescence) | 전기장 | 발광 다이오드(LED), 유기 EL, 무기 EL | ||
| 캐소드루미네선스(Cathodoluminescence) | 전자빔 | 브라운관 | ||
| 방전 발광 | 전기 | 수은등, 네온관 | ||
| 열발광 | 열 | 열발광 선량계 | ||
| 소놀루미네선스 | 음파 | 딱총새우의 위협 | ||
| 트라이볼루미네선스 | 마찰 | 설탕의 파쇄, 셀로판 테이프의 박리 | ||
| 케밀루미네선스 | 화학 반응 | 케미컬 라이트 | ||
| 바이올루미네선스 | 생물의 효소 반응 | 반딧불이, 야광 해파리 등, 발광 해양 생물의 발광 | ||
2. 1. 광발광 (Photoluminescence)
광발광은 광자의 흡수에 의해 발생하는 발광 현상이다.광발광은 여기(excitation) 상태에서 빛 방출까지 스핀 다중도의 변화 유무에 따라 다음과 같이 두 가지로 나뉜다.[2]
- 형광: 여기원이 제거된 직후에 빛의 방출이 끝나는 현상. 양자역학적으로는 여기 상태에서 빛 방출까지 스핀 다중도의 변화가 없는 경우를 의미한다.[2]
- 인광: 여기가 끝난 후에도 빛이 지속적으로 방출되는 현상. 양자역학적으로는 여기 상태에서 빛 방출까지 스핀 다중도의 변화가 있는 경우를 의미한다.[2]
| 발광 | 여기 에너지원 | 현상명 | 관련 기술 및 현상 예시 | 비고 및 출처 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 포토루미네선스(Photoluminescence：PL) | 광자 | 형광 | 형광등, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트(냉음극관), 플라스마 디스플레이(PDP) | ||
| 인광 | EL 인광 재료 | ||||
| 축광 | 형광 페인트 | ||||
형광등, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트(냉음극관), 플라스마 디스플레이(PDP) 등은 모두 포토루미네선스(광발광)에 의한 것이다.
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