[e돋보기] 퀀텀닷

[양태훈기자] 퀀텀닷(Quantum Dot 양자점)이란 2~10나노미터(nm, 10억분의 1미터) 크기를 가진 작은 원형의 반도체 입자를 말한다.

유기발광다이오드(OLED)처럼 전압을 가하면 자체 발광하거나 같은 크기의 파장을 가진 빛을 흡수해 재방출하는 게 특징.

반도체 입자의 크기에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있는데, 크기가 작을수록 청색(B)을, 크키가 클수록 적색(R)을 구현한다.

◆ 퀀텀닷의 역사

퀀텀닷은 지난 1970년대 석유 파동을 겪으면서 에너지 위기 극복을 위해 태양전지를 연구하는 과정에서 벨 연구소의 루이스브루스와 러시아의 알렉세이아키모프 박사에 의해 첫 발견됐다.

이후 2006년 미국 QD 비전이 최초로 양자점을 적용한 발광다이오드(LED)를 개발하면서 디스플레이 업계를 중심으로 기술 개발이 가속, 2011년 소니 LCD TV에 퀀텀닷 기술이 적용되면서 상용화되기 시작해 올해 삼성전자가 독자 퀀텀닷 기술인 '나노 크리스털'을 적용한 'SUHD TV'를 양산해 본격적인 상용화를 맞았다.

나노 크리스털은 삼성종합기술원이 지난 2010년부터 개발해 온 비카드뮴계 퀀텀닷 기술로 독성이 강한 중금속인 카드뮴 소재를 사용해 상용화가 늦어졌던 기존 기술의 단점을 극복한 것이 특징.

퀀텀닷은 광여기를 통해 빛을 내는 방식(PL, Photoluminescence)과 전기적으로 빛을 내게 하는 전기발광(EL, Electroluminescence) 방식이 있다.

PL방식은 액정표시장치(LCD)에 있는 백라이트(BLU)에 퀀텀닷 소재를 넣어 LCD의 색순도와 색재현 범위(Color Gamut)을 개선하는 기술이다.

청색 발광다이오드(LED) 패키지에 주황색, 적색 퀀텀닷 소재를 넣거나 퀀텀닷을 유리관에 넣어 측면에서 청색 LED 발광시키는 측면(Edge) 방식, 퀀텀닷을 고분자 필름(시트)에 분산시켜 LED 백라이트로 발광시키는 필름방식이 있다.

EL방식은 OLED와 같은 소자구조에서 발광층을 퀀텀닷으로 대체한 양자점 발광다이오드(QLED)를 말한다. 이미 상용화가 이뤄진 OLED 생산 인프라를 활용하면서 OLED용 유기인광 재료보다 단가가 낮은 QD 발광재료를 사용할 수 있다는 게 강점.

이는 잉크젯프린팅 혹은 전사프린팅 등의 방식을 통해 고해상도 디스플레이 양산이 가능한데 지난 2011년 삼성종합기술원은 QLED를 이용해 4인치 QVGA 해상도(320x240) 컬러 디스플레이의 시제품을 발표한 바 있다.

◆ 퀀텀닷 vs OLED

삼성전자의 SUHD TV는 퀀텀닷을 고분자 시트에 분산시켜 LED BLU로 발광시키는 필름방식이다. 기존 LCD TV 대비 색재현도를 높여 기존 LCD TV보다 선명하고 자연색에 가까운 화질 구현이 가능하다.

예컨대 LCD TV의 색재현율이 NTSC 기준 60~70% 수준이라면, SUHD TV의 색재현율은 OLED 디스플레이와 비슷한 100%의 수준을 구현한다.

반면, LG전자의 OLED TV는 SUHD TV와 달리 백라이트 없이 박막트랜지스터(TFT) 기판 위에 유기물질을 올려놓는 구조로 이뤄졌다. 얇고 가벼운 무게와 플렉서블·롤러블 등 다양한 형태로 디자인이 가능하다. 더불어 응답속도도 LCD 대비 1천배 이상 빨라 잔상이 남지 않는 선명한 화질도 제공한다.

색재현율의 경우, 전면 시청환경에서는 SUHD TV와 비슷한 수준이지만 좌·우 측면에서는 OLED가 더 넓은 시야각을 제공해 성능이 더 뛰어나다.

특히, 휘도(밝기)가 낮은 어두운 환경에서는 소자 자체가 빛을 내는 OLED가 LCD 대비 어두운 색상 표현에 유리해 더 높은 색재현율을 제공한다.