현택환 서울대 교수 “카드뮴 없이 상용화된 퀀텀닷, 학계서도 예상 못한 일”

불과 30년 전 발견된 나노 크기 반도체 입자가 어느새 어엿한 ‘차세대 소재’로 떠올랐습니다. TV 디스플레이를 포함해 태양광 전지, 의료기기 등 다양한 분야에서 새로운 먹거리로 주목 받고 있는 퀀텀닷(quantum dot) 얘긴데요. 특히 일명 ‘카드뮴 프리(free)’ 기술이 탑재된 삼성 퀀텀닷 디스플레이 SUHD TV(이하 ‘퀀텀닷 SUHD TV’)가 등장하면서 퀀텀닷 기술은 새로운 국면을 맞게 됐습니다.

지난 23일부터 닷새간의 일정으로 제주 라마다호텔에서 진행 중인 국제퀀텀닷컨퍼런스(International Conference on Quantum Dots, 이하 ‘QD2016’)를 찾은 학계 인사들은 퀀텀닷 SUHD TV의 등장에 대해 하나같이 “고무적 현상”이란 반응을 보였는데요. 퀀텀닷의 상용화도 예상치 못했는데 그간 “거의 불가능하다”고 여겨졌던 비(非)카드뮴 기반 퀀텀닷 기술로 시장에 안착하는 데까지 성공한 사례이기 때문입니다. 삼성전자가 독자적으로 개발한 카드뮴 프리 퀀텀닷 기술, 그 속엔 과연 어떤 의미가 담겨 있을까요? 궁금증을 해소하기 위해 ‘QD2016 기술위원장’ 자격으로 행사장을 찾은 현택환<위 사진> 서울대학교 화학생물공학부 교수를 삼성전자 뉴스룸이 만났습니다.

“단순 ‘개발’이 아니라 ‘상용화’에 성공?… 반신반의했죠”

▲지난 25일 제주 라마다호텔에서 막을 올린 국제퀀텀닷컨퍼런스는 다양한 프로그램으로 참석자들의 이목을 끌었습니다

현택환 교수는 “지난해 ‘삼성전자가 비카드뮴 퀀텀닷 SUHD TV 양산에 성공했다’는 얘길 듣고 처음엔 믿기지 않았다”고 말했습니다. ‘카드뮴을 쓰지 않으면 퀀텀닷 디스플레이 특유의 색 재현력과 명암비 같은 장점을 제대로 살릴 수 없다’는 게 학계 중론이었기 때문이죠. 현 교수는 “당시 내로라하는 대학 연구실에서도 완성하지 못한 비카드뮴 퀀텀닷 기술을 삼성전자가 ‘개발’도 아니고 ‘상용화’하는 데 성공했다기에 처음엔 반신반의할 수밖에 없었다”며 “그만큼 어려운 기술이었고, 제품으로 나오기까지 기준을 맞추기가 쉽지 않았을 것”이라고 말했는데요.

현 교수의 지적대로 비카드뮴 퀀텀닷 기술 사용화엔 쉬 넘기기 힘든 장벽이 몇 가지 존재합니다. 일단 선명한 색이 나올 수 있도록 나노 크기 입자를 균일하게 만드는 과정에서 고난도 기술이 필요합니다. “퀀텀닷은 입자 크기에 따라 표현하는 색이 달라지는 만큼 크기가 고를수록 더 순수하고 선명한 빛을 낼 수 있게 된다”는 게 그의 설명이죠.

카드뮴 없인 일정 수준 이상의 빛 효율을 내기 어렵다는 점도 난관 중 하나입니다. 현택환 교수는 “지금까지 진행된 퀀텀닷 관련 연구의 90% 이상은 카드뮴이 포함된 기술이었고, 그 덕에 빛 효율을 상당히 높은 수준까지 끌어올릴 수 있었다”며 “그에 반해 비카드뮴 소재는 관련 연구 결과도 많지 않은 데다 소재의 특성상 일정 크기를 유지하면서 빛 효율을 높이는 일은 상당히 어려웠다”고 말했습니다.

그는 “삼성전자의 퀀텀닷 SUHD TV 상용화를 계기로 비카드뮴 퀀텀닷 기술 개발은 더욱 활성화될 것”이라고 내다봤는데요. 그는 “삼성전자보다 앞서 퀀텀닷 제품을 출시한 기업의 경우, 카드뮴의 독성 때문에 결국 시장 안착에 실패한 전례가 있다”며 “따라서 앞으론 카드뮴이 포함되지 않으면서도 높은 효율을 낼 수 있는 제품을 개발하기 위한 업체 간 경쟁이 더욱 치열해질 것”이라고 말했습니다.

“퀀텀닷 기술은 발전 가능성 무한… 앞으로가 더 기대돼”

▲행사장을 찾은 학계 관계자들과 퀀텀닷 디스플레이를 주제로 대화하고 있는 현택환 교수

현택환 교수는 퀀텀닷에 대해 “지금도 뛰어나지만 앞으로의 발전 가능성이 매우 높은 소재”라고 말합니다.

하나의 신소재가 발굴돼 실생활에 응용되기까진 꽤 오랜 기간이 소요됩니다. 통상 50년, 길게는 100년 가까운 시간이 걸리기도 하는데요. 퀀텀닷도 마찬가집니다. 1980년대에 최초로 퀀텀닷을 발견한 물리학자에서 출발해 이를 발전시킨 화학자, 이를 실생활에 도입하기 위해 구슬땀 흘려온 연구·개발자에 이르기까지 실로 다양한 이들의 노력이 있었기에 퀀텀닷 기술은 30여 년 만에 빛을 볼 수 있게 됐습니다.

2016년, 퀀텀닷은 환경 문제까지 해결한 카드뮴 프리 기술이 더해지며 새로운 도약을 준비하고 있습니다. 지금 이 시각에도 학교에서, 연구실에서, 그리고 기업에서 ‘완전체로서의 퀀텀닷’을 완성하기 위해 노력 중인 이들이 앞으로도 좋은 성과를 낼 수 있길 바랍니다. 그래서 조만간 ‘또 한 차례 진화한 퀀텀닷 기반 제품’을 마주할 수 있게 되길 말이죠.