퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)은 현존하는 물질 중 사물의 색깔을 실제와 가장 가깝게 구현할 수 있다는 점에서 지난 10년간 디스플레이 혁신의 중심이었다. 삼성전자는 2015년 SUHD TV를 선보이며 퀀텀닷 상용화의 포문을 열었다. 퀀텀닷 합성에 중금속인 카드뮴을 활용하던 기존 방식에서 벗어나 세계 최초로 무(無)카드뮴 소재를 활용, 상용화까지 성공한 것.

학계 역시 이점에 주목했다. 무카드뮴 퀀텀닷 TV 상용화는 양자점 연구 개발에 있어 새로운 방향성을 제시하는 동시에 2023년 노벨 화학상 수상의 결정적 단초가 됐다. 어떻게 업계가 학계까지 영향을 끼칠 수 있었을까?

[리얼 퀀텀닷 인터뷰] 2편에서는 퀀텀닷의 개념과 디스플레이 적용 방법에 대해 살펴본 1편에 이어 업계의 양자점 혁신을 선도해 온 삼성전자가 소재혁신으로 학계에도 기여한 바를 살펴본다.

▲ 인터뷰이 소개 – 서울대학교 현택환 교수, KAIST 이도창 교수, 삼성전자 선행디스플레이랩 손상현 랩장

노벨상 수상자들이 내다본 ‘보이지 않는 나노미터 세계’가 눈앞의 기술로

“삼성이 인듐 포스파이드로 퀀텀닷 TV를 만들었다는 것을 보고 깜짝 놀랐다”
– 현택환 교수

퀀텀닷은 1980년대에 알렉세이 에키모프(Alexey Ekimov)※ 전 나노크리스탈 테크놀로지 대표와 루이스 브루스(Louis E. Brus)※ 미국 컬럼비아대 명예교수가 ‘양자 제한 효과’와 크기에 따른 양자점의 광학적 특성에 대한 논문들을 발표하면서 주목받기 시작했다.

^{※ 알렉세이 에키모프(Alexey Ekimov), 루이스 브루스(Louis E. Brus), 모운지 바웬디(Moungi Bawendi) 교수는 퀀텀닷의 발견과 합성에 대한 공로를 인정받아 2023년 노벨 화학상을 수상했다.}

퀀텀닷이 본격적으로 산업의 영역에 들어온 건 1993년 모운지 바웬디(Moungi Bawendi)※ 미국 매사추세츠공대(MIT) 교수가 실제 양자점 합성법을 찾으면서부터다. 여기에 현택환 서울대학교 교수가 2001년 크기 분리 과정 없이 균일한 나노입자를 만드는 ‘승온법(Heat-up process)’을 창안, 2004년 대량생산이 가능한 방법을 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 발표하면서 산업계의 게임 체인저로 부상할 것으로 기대됐다.

▲ 현택환 교수는 삼성전자가 인듐 포스파이드로 퀀텀닷 TV를 만들다는 소식을 들었을 때 “깜짝 놀랐다“고 말했다

하지만 바로 상용화로 이어진 것은 아니었다. 당시 퀀텀닷은 유럽연합(EU)의 ‘특정 유해 물질 사용 금지 지침(RoHS)’에서 금지 물질로 규정될 정도로 인체 유해성이 입증된 ‘카드뮴(Cd)’을 핵심 재료로 활용했기 때문이다.

현 교수는 “현재 제대로 된 퀀텀닷을 만들 수 있는 소재는 카드뮴 셀레나이드(CdSe)와 인듐 포스파이드(InP)가 전부”라고 설명했다. 이어 “기존 퀀텀닷 소재인 카드뮴 셀레나이드(CdSe)는 2족과 6족 원소 결합인 반면 인듐 포스파이드(InP)는 3족과 5족의 결합”이라며 “양자점을 합성할 때 2족과 6족 결합은 비교적 쉽지만 3족과 5족은 화학적으로 굉장히 까다롭다”고 말했다.

▲ 이온결합을 이루는 카드뮴 기반 퀀텀닷과 공유결합 형태의 인듐 기반 퀀텀닷 원자 비교

최외각 전자가 2개인 카드뮴은 6개인 셀레늄(Se), 황(S), 텔루륨(Te) 등과 강력한 이온결합* 형태로 안정적인 반도체를 형성한다. 이런 이른바 ‘2∙6 반도체’는 비교적 낮은 온도에서도 고품질의 나노결정을 쉽게 합성할 수 있어 연구용으로 많이 쓰였다. 때문에 퀀텀닷 합성에 카드뮴을 활용하는 것은 학계의 오랜 ‘정설’로 여겨졌다.

^{*이온결합: 전자를 주고 받아 전기적 인력으로 결합하는 방식}

반면 카드뮴의 대체재로 사용된 인듐(In)은 최외각 전자가 3개로 최외각 전자가 5개인 인(P) 등과 공유결합*을 이룬다. 공유결합은 이온결합에 비해 불안정하고, 또 결합 방향성이 뚜렷해 나노결정을 합성할 때 결함이 발생하기 쉽다. 때문에 연구 목적으로도 양산 목적으로도 사용이 쉽지 않은 소재였다.

^{*공유결합: 두 원자가 전자를 공유하여 결합하는 방식}

이 교수는 “인듐 포스파이드(InP) 소재로는 높은 퀀텀닷 결정성을 얻기가 쉽지 않다”며, “제품으로 활용할 수 있을 만큼의 품질을 확보하려면 복잡하고 까다로운 합성 공정이 필요하다”고 설명했다.

무(無)카드뮴으로 학계마저 놀라게 한 ‘삼성 퀀텀닷 TV’의 등장

“인체에 유해하다면 협상의 여지없어…제품화 불가능해”
– 손상현 삼성전자 선행디스플레이랩장

하지만, 삼성은 달랐다. 손상현 랩장은 “퀀텀닷 소재 활용을 위해 2001년부터 기술 개발에 착수했으나 인체에 유해한 카드뮴을 활용해 제품을 상용화하는 것은 적절치 못하다고 판단했다”며 “수치적으로는 전자제품에서 카드뮴을 100ppm 이하로 사용하도록 규정하고 있지만 삼성전자에서는 제로, 즉 무(無)카드뮴 개발을 전략으로 삼았다”고 회상했다.

▲ 카드뮴의 유해성에 무(無)카드뮴 개발을 전략으로 삼았다는 손상현 랩장

‘안전에는 무타협’ 원칙을 고수해온 삼성의 오랜 뚝심은 2014년 카드뮴이 없는 나노 크리스털 소재 구현에 성공하며 빛을 발했다. 삼성은 인듐 포스파이드(InP) 나노 입자를 산소와 빛 등 외부 요인들로부터 보호하면서도 최상의 화질을 유지할 수 있도록, 3중 보호막 기술을 개발해 소재 안정성을 확보했다. 이듬해에는 이를 활용해 세계 최초로 무(無)카드뮴 퀀텀닷 기반의 ‘SUHD TV’를 공개하며 퀀텀닷 디스플레이의 지각 변동을 알렸다. 2000년대 초부터 오랜 연구를 지속해 온 노력이 빛을 발한 것이다.

손 랩장은 “인듐 포스파이드 퀀텀닷은 카드뮴을 포함한 퀀텀닷과 달리 불안정하여 합성이 까다롭기 때문에 카드뮴 퀀텀닷 대비 80% 정도의 성능밖에 내지 못했다”며 “그러나 삼성종합기술원(SAIT)의 치열한 개발 과정 덕분에 성능을 100%까지 끌어올렸고 이를 10년 이상 유지할 수 있을 정도의 신뢰성도 확보했다”고 말했다.

▲퀀텀닷 구성요소

퀀텀닷은 발광이 일어나는 ‘코어(Core)’ 부분과 코어를 보호하고 구조를 안정화시키는 ‘쉘(Shell)’ 그리고 쉘 바깥쪽 산화 안정성을 확보하기 위한 고분자 코팅층 ‘리간드(Ligand)’로 구성되어 있다. 이 세 요소를 유기적으로 결합하는 것이 퀀텀닷 기술의 골자인데, 곧 소재 확보, 합성, 양산에 이르기까지 특허투성이인 핵심 산업기술의 요체라 할 수 있다.

이 교수는 “코어와 쉘, 리간드 중 어느 하나도 소홀할 수 없는 중요한 요소”라며, “삼성전자가 보유하고 있는 인듐 포스파이드 합성 기술이 매우 뛰어나다”고 평가했다.

현 교수도 “기술 개발도 물론 어렵지만 제품화는 안정적으로 제품을 사용할 수 있고 지속해서 선명한 색을 내는 등 상당한 노력이 투입되어야 한다”며 “삼성전자에서 카드뮴을 사용하지 않고 제품화에 성공했다는 소식을 들었을 때 굉장히 놀랐다”고 밝혔다.

퀀텀닷 초격차 행보 이어가는 삼성전자, 업계 선도하고 학계에도 기여

“학계의 연구 동향을 보면 삼성 퀀텀닷 TV가 나오기 전과 후로 연구 관심도가 크게 달라졌다”
– 이도창 KAIST 교수

퀀텀닷의 광특성은 태양전지, 의료, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에 응용되고 있는데 그중 가장 활발히 연구되어 대중화된 분야는 단연 디스플레이다. 삼성전자는 퀀텀닷 TV의 퍼스트 무버로서 시장을 선도해왔다.

2001년부터 퀀텀닷 기술 개발에 착수한 삼성은 2015년 세계 최초 친환경 무(無)카드뮴 TV인 ‘SUHD TV’를 선보였고, 2017년에는 ‘삼성 QLED’를 출시하며 프리미엄 TV의 새 기준을 제시했다. 2022년에는 OLED 구조에 퀀텀닷을 접목한 ‘QD-OLED’를 선보이며 기술 진보를 한 단계 끌어올렸다. 역시 세계 최초다.

▲ LCD, QLED, QD-OLED 구조도

QD-OLED는 OLED가 지닌 자발광 구조에 퀀텀닷을 적용한 기술이다. 빠른 응답속도는 물론 높은 명암비로 더욱 깊고 섬세한 블랙 표현이 강점이다. 삼성 ‘QD-OLED’는 2023년 세계 최대 디스플레이 학회인 정보디스플레이학회(Society for Information Display, SID)로부터 ‘올해의 디스플레이’상을 수상하며 우수성을 인정받기도 했다.

손 랩장은 “삼성은 인듐 포스파이드(InP) 기반 퀀텀닷 TV로 시장을 선도했을 뿐 아니라, OLED에도 퀀텀닷을 적용하고 상용화까지 성공한 유일한 기업”이라며 “퀀텀닷 기술 우위를 바탕으로 계속해서 기술 격차를 확대해 나가겠다”고 자신감을 보였다.

▲ 삼성 퀀텀닷 TV 상용화로 학계의 판도가 바뀌었다는 이도창 교수

이 교수는 “학계의 연구 동향을 보면 삼성 퀀텀닷 TV가 나오기 전과 후로 연구 관심도가 크게 달라진 것을 확인할 수 있다”며 “퀀텀닷 TV 출시 이후로 소재 자체보다는 응용에 관한 논의가 주로 진행됐는데 디스플레이 접목을 통해 기술 활용의 가능성을 엿본 덕분”이라고 평가했다.

그는 이어 “광촉매를 비롯해 다양한 분야에 퀀텀닷을 적용하려는 시도들이 많아지고 있지만, 아직 디스플레이에 비해서는 초기 단계”라고 말했다.

현 교수는 삼성전자의 퀀텀닷 TV 상용화 노력이 있었기에 모운지 바웬디 교수와 루이스 브루스 교수, 알렉세이 에키모프 대표의 노벨상 수상이 가능했다고 분석하기도 했다.

그는 “노벨상은 중요한 판단 기준 중 하나가 상용화로 인류에 얼마나 기여했는가”라며 “삼성 QLED는 나노 기술의 가장 중요한 산물로, 제품화가 진행되지 않았다면 양자점의 노벨상 수상도 쉽지 않았을 것”이라고 강조했다.

퀀텀닷 리더 삼성이 선도하는 디스플레이의 미래

삼성전자가 QLED TV를 시장에 선보인 이후 퀀텀닷 학계는 물론 기술 분야 역시 고속 성장을 거듭하고 있다. 그들이 그리는 퀀텀닷 디스플레이의 미래에 대해 물었다.

손 랩장은 “미래 기술로는 자발광 퀀텀닷을 검토하고 있다”고 향후 계획을 설명했다. 그는 “지금까지의 퀀텀닷이 외부 빛을 통해 적, 녹색을 표현했다면, 향후에는 전기 에너지 주입으로 퀀텀닷으로부터 삼원색을 얻는 ‘전계 발광’에 기반해 스스로 빛을 내는 양자점을 개발하고자 한다. 청색 퀀텀닷도 개발 중에 있다”고 말했다.

이 교수는 향후 디스플레이의 대전환을 내다봤다. 그는 “전계 발광 소재를 통해 소자의 크기가 줄어들면 가상 현실, 증강 현실이 요구하는 고해상도, 고효율, 고휘도 디스플레이 구현이 가능해질 것”이고 말했다.

좋은 디스플레이가 무엇이냐는 질문에 손 랩장은 “시청자들이 디스플레이라고 느끼지 않는 것”이라며 “디스플레이가 아닌 실제를 보는 것과 같은 시청 경험을 전달하는 것이 궁극적 목표다. 퀀텀닷 디스플레이의 선두 주자로서 책임감과 자부심을 가지고 발전해 나가겠다”고 의지를 보였다.

▲ 영상: 월클 전문가가 알려주는 “나노 과학의 결정적 제품”

2023년 노벨 화학상의 주인공은 ‘퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)’이었다. 당시 노벨 위원회는 “퀀텀닷이 디스플레이와 의료계에 이미 기여하고 있으며 추후 전자, 통신, 발전 등 더욱 폭넓은 활용이 기대된다”며 퀀텀닷의 발견과 합성에 크게 기여한 학자들의 수상 업적을 발표했다.

똑같은 물질인데 크기에 따라 다른 색깔 빛을 내는 신기한 입자, 심지어 그 색깔이 아주 순도 높고 선명하다. 세계 1위 TV 제조사가 이런 소재를 그냥 넘길 수는 없는 노릇, 그게 바로 퀀텀닷이다.

삼성전자 뉴스룸이 퀀텀닷 연구 분야의 권위자인 현택환 서울대학교 화학생물공학부 석좌교수와 이도창 KAIST 생명화학공학과 교수, 그리고 손상현 삼성전자 선행디스플레이랩장을 만나 디스플레이의 새 시대를 열어가고 있는 퀀텀닷에 대해 낱낱이 파헤쳐 봤다.

※단락 바로가기

• 밴드 갭(Band Gap) – 도체, 부도체, 반도체, 그리고 퀀텀닷의 열쇠
• 신기한 퀀텀닷 – 입자가 작아질수록 커지는 밴드 갭
• 순도 높은 컬러를 살리는 삼성만의 노하우, 퀀텀닷 필름
• 양자점으로 컬러 만드는 진짜 ‘QLED’, 소재와 함유량 모두 월드클래스

밴드 갭(Band Gap) – 도체, 부도체, 반도체, 그리고 퀀텀닷의 열쇠

“퀀텀닷의 원리를 이해하려면 밴드 갭 개념이 필수적”
– 현택환 서울대학교 석좌교수

전기가 흐른다는 것은 전자(electron)가 이동한다는 것이다. 일반적으로는 원자의 가장 바깥에 있는 최외각전자(가전자)가 이동하게 되는데, 최외각 전자들이 분포하는 에너지 범위를 ‘가전자대(Valence Band)’, 그보다 더 높은 에너지가 허용되고 비어있어 전자가 이동해올 수 있는 밴드를 ‘전도대(Conduction Band)’라고 한다.

가전자대에 있는 전자들이 에너지를 흡수하면 전도대로 이동하고, 불안정한 상태를 벗어나기 위해 에너지를 방출한 전자들은 다시 가전자대로 돌아오는 원리다. 에너지를 흡수∙방출하며 이동할 때 전자가 극복해야 하는 두 에너지 밴드 사이를 ‘밴드 갭(Band gap)’이라고 한다.

▲고체 상태에서의 부도체, 반도체, 도체

부도체는 밴드 갭이 크기 때문에 가전자대에 있는 전자가 전도대로 이동하기 어려워 전기가 잘 흐르지 않는다. 대표적인 예로 고무, 유리 등이 있다. 반면, 구리와 은과 같은 도체는 가전자대와 전도대가 중첩되어 있어 전자가 자유롭게 흐르는 특성을 지닌다.

반도체는 부도체와 도체 중간 수준의 밴드 갭을 가지고 있다. 그래서 평소에는 전기가 잘 흐르지 않지만, 열이나 빛, 전기 등 자극을 주면 전자가 움직이면서 전기를 전달하거나 빛을 내는 등의 현상을 발생시킬 수 있다.

현택환 서울대학교 화학생물공학부 석좌교수는 “에너지 밴드 구조는 물질의 전기적 특성을 결정하는데 중요한 역할을 한다”며 밴드 갭의 개념이 퀀텀닷의 원리를 이해하는데 필수적이라고 강조했다.

신기한 퀀텀닷 – 입자가 작아질수록 커지는 밴드 갭

“큰 입자에서 작은 입자로 갈수록 적색에서 청색으로 파장이 변화”
– 이도창 KAIST 교수

퀀텀닷은 크기가 굉장히 작고 물성이 특이한 반도체 나노 결정이다. 크기가 머리카락 굵기의 수만 분의 1에 불과할 정도로 작아 10억 분의 1미터인 ‘나노미터(nm)’ 단위로 측정한다. 반도체는 나노미터 단위로 크기가 작아지면 벌크(bulk, 덩어리) 상태일 때와 달리 전기적, 광학적 특성이 크게 변한다.

벌크 상태에서는 입자가 충분히 크기 때문에 반도체 물질 내의 전자들이 파장의 구속 없이 비교적 자유롭게 이동할 수 있다. 이때 밴드 갭은 반도체의 재료에 따라 고유한 값으로 일정하고, 각각 에너지를 흡수∙방출한 여러 전자들이 모여 전체적인 에너지 준위(Energy level, 입자가 가질 수 있는 에너지 상태)는 마치 경사가 완만하고 긴 미끄럼틀처럼 연속적이다. 그러나 퀀텀닷은 입자의 크기가 전자의 파장보다 작아진 경우로, 전자 이동에 일정한 제한이 발생한다.

▲퀀텀닷 기술 원리

커다란 냄비(벌크 상태)에서 국자(전자 파장의 대역폭)로 물(에너지)을 따라낸다고 생각해보자. 적은 양부터 여러 국자에 해당하는 많은 양까지 조절해가며(연속적으로) 물을 옮길 수 있다. 그러나 냄비가 찻잔(퀀텀닷)처럼 작아지면 국자가 용기에 더 이상 들어가지 않는다. 이 때는 물을 따라내지 못하거나, 아예 잔을 통째로 비우는 수밖에 없게 된다. 이게 에너지 준위가 양자화(Quantized)된 상태이다.

현 교수는 “반도체 입자 크기가 나노미터 수준이 되면 간격이 넓은 계단처럼 특정 에너지만 가질 수 있게 양자화된다”며, “이때 입자 크기로 밴드 갭을 조절할 수 있게 되는데 이는 ‘양자 제한 효과(혹은 양자 구속 효과, Quantum confinement effect)’ 때문”이라고 설명했다.

퀀텀닷의 크기가 작아질수록 입자 내 분자 수가 줄어들면서 겹쳐진 분자가 적어지는 효과가 생긴다. 이로써 양자 제한 효과는 더 강해지며 밴드 갭도 커진다. 그리고 전자의 낙차에 해당하는 밴드 갭에 따라 에너지량이 달라져 방출되는 빛의 색도 달라진다. 이도창 교수는 “큰 입자에서 작은 입자로 갈수록 적색에서 청색으로 파장의 변환이 일어난다”며, “나노 결정을 어떤 크기로 만드느냐가 색을 결정한다”고 말했다.

순도 높은 컬러를 살리는 삼성만의 노하우, 퀀텀닷 필름

“퀀텀닷 필름은 QLED TV의 핵심이자 삼성전자 기술 노하우의 정점”
-이도창 교수-

크기에 따라 방출되는 파장을 조정할 수 있는 퀀텀닷은 태양전지, 광촉매, 의료, 양자 컴퓨터 등 여러 분야에서 주목받았지만, 가장 먼저 상용화 성과를 낸 것은 디스플레이 산업이었다. 손상현 삼성전자 선행디스플레이랩장은 “삼성이 퀀텀닷에 주목했던 이유 중 하나는 뾰족한 꼭지점을 갖는 컬러였다”며 “파장이 좁고 형광성이 높아 다양한 컬러를 정확하게 표현하는 데 적합하기 때문”이라고 설명했다.

▲ 퀀텀닷의 광학적 특성을 활용하면 파장이 좁고 형광성이 높으며 ‘순도가 높은’ 적∙녹∙청(Red∙Green∙Blue, RGB) 컬러를 구현해 최고 수준의 색 재현력을 확보할 수 있다

퀀텀닷을 디스플레이 제품에 사용하려면 높은 성능을 오랫동안 지속할 수 있는 장치가 필수적이다. 삼성 QLED는 이를 위해 ‘퀀텀닷 필름’을 채택했다. 이도창 KAIST 생명화학공학과 교수는 “퀀텀닷 필름은 빛을 잘 빠져나가게 하면서 효율적으로 광변환을 이끌어내야 하는 등 요구 사항이 많다”며, “퀀텀닷이 가지고 있는 광특성을 필름으로 어떻게 구현하느냐가 디스플레이의 색 재현율을 결정한다”고 강조했다.

▲ 필름 제조시 퀀텀닷을 균일하게 분포시키는 게 어렵다고 설명하는 손상현 삼성전자 VD사업부 선행디스플레이랩장

삼성 QLED에 쓰이는 퀀텀닷 필름은 고온에 녹인 고분자 원료에 양자점 용액을 첨가하여 얇게 편 뒤 경화 과정을 거쳐 탄생한다. 설명은 간단하지만 제조 과정은 그렇지 않다. 손상현 랩장은 퀀텀닷 제조 공정이 “마치 끈적한 꿀에 커피 가루를 섞는 것과 같이 어려운 작업“이라고 설명했다. 이어 “이때 필름에 퀀텀닷을 고르게 분산하기 위해서는 소재, 설계, 공정 등 여러 가지를 까다롭게 고려해야 한다“고 말했다.

까다로운 과정 속에서도 삼성은 더 나아갔다. 강력한 내구성을 확보하기 위해 고분자 물질까지 자체 개발했다. 손 랩장은 “수분 침투를 막을 수 있는 베리어 필름(Barrier film)과 퀀텀닷을 고르게 분산할 수 있는 고분자 물질을 개발하고 단가 절감을 통해 양산까지 성공하며 퀀텀닷 기술에 대한 종합적인 노하우를 축적해왔다”고 말했다.

이렇게 만들어진 삼성의 퀀텀닷 필름은 독보적인 내구성을 기반으로 정확한 컬러 구현은 물론 뛰어난 광효율을 발휘한다. 손 랩장은 “보통 촛불 하나 켰을 때의 밝기를 니츠(nits)로 보는데, 기존 LED로는 통상 500니츠를 표현할 수 있었다면 퀀텀닷은 이보다 약 4배 밝은 2000니츠 이상, 즉 촛불 2000개를 켰을 때의 밝기 수준을 구현해 화질 혁신을 앞당겼다”고 자랑했다.

▲ CIE 1931 색도도상 가시광선, sRGB, DCI-P3 색 영역(Color space) 비교

^{※ CIE 1931: 국제조명위원회(Commission internationale de l’éclairage)에서 1931년에 발표한 색 체계 (참고: 삼성디스플레이 뉴스룸)※ sRGB(standard RGB): 마이크로소프트와 HP가 협력하여 1996년에 발표한 모니터와 프린터 표준 RGB 색 공간으로, 사람이 눈으로 인식할 수 있는 색상의 33.3% 정도를 재현※ DCI-P3(Digital Cinema Initiatives – Protocol 3): 영화 업계에서 제정한 디지털 영사기용 색 영역으로 HDR 콘텐츠를 포함, 디지털 영상의 컬러 표현에 적합}

삼성전자는 양자점을 활용해 디스플레이의 밝기, 컬러 표현 모두 획기적으로 개선하며 전에 없던 생생한 화면을 만들 수 있게 되었다. 실제 삼성 QLED는 색 재현율이 DCI-P3(Digital Cinema Initiative, 디지털 시네마 색 표준) 기준 90%를 상회한다.

이 교수는 “퀀텀닷은 소재 개발 이후에도 내구성 강화를 통한 안정성 확보가 중요한데 삼성전자의 인듐 포스파이드(InP)를 활용한 퀀텀닷 합성과 필름 제작 기술은 높은 수준”이라며, “퀀텀닷 필름은 QLED TV의 핵심이자 삼성전자 기술 노하우의 산물”이라고 평가했다.

양자점으로 컬러 만드는 진짜 ‘QLED’, 소재와 함유량 모두 월드클래스

“퀀텀닷 TV의 정체성은 양자 제한 효과 발생 여부”
-현택환 교수-

퀀텀닷이 산업계의 주목을 받으면서 다양한 제품이 상용화되고 있다. 그러나 단순히 퀀텀닷을 적용했다고 해서 모두 같은 퀀텀닷 TV는 아닐 터. 그렇다면 ‘진정한 퀀텀닷 TV’의 조건은 무엇일까?

▲ 진정한 퀀텀닷 TV는 양자 제한 효과가 발생해야 한다는 현택환 교수

현택환 교수는 “퀀텀닷 TV의 정체성은 크기에 따라 밴드 갭 에너지를 조절하는 양자 제한 효과 발생 여부에 달려있다”며 “퀀텀닷 TV의 전제조건은 퀀텀닷 함유 여부”라고 강조했다.

이 교수는 “퀀텀닷 TV로 정의되기 위해서는 퀀텀닷이 핵심 광 변환 소재 또는 핵심 발광 소재로 기능해야 한다”며 “백라이트 유닛에 쓰이는 청색광을 충분히 흡광해 변환할 수 있을 정도의 퀀텀닷을 함유해야 할 것”이라고 말했다.

▲ “퀀텀닷이 핵심 발광소재 혹은 광 변환소재로 사용되어야 퀀텀닷 TV로 정의할 수 있다”는 이도창 교수

손 랩장 역시 “퀀텀닷 필름에 일정 수준 이상의 퀀텀닷을 포함해야 한다”며 함유량의 중요성을 피력했다. 그는 “삼성 QLED는 퀀텀닷 소재를 3000ppm 이상을 사용하여 적색과 녹색을 100% 퀀텀닷으로 구현한다”고 설명했다.

▲ 영상: 월클 전문가가 알려주는 “나노 과학의 결정적 제품”

삼성전자는 2001년부터 퀀텀닷 기술 개발에 착수해 2015년 세계 최초 친환경 무(無)카드뮴 퀀텀닷 TV인 ‘SUHD TV’를 선보였다. 2017년엔 프리미엄 TV 라인업 ‘삼성 QLED’를 공개하며 퀀텀닷 디스플레이 업계를 선도해왔다.

[리얼 퀀텀닷 인터뷰] 2편에서는 양자점을 활용한 디스플레이 상용화에 성공한 삼성전자가 어떻게 무(無)카드뮴 퀀텀닷 소재를 만들고 노벨 화학상 수상자들에게까지 영향을 끼쳤는지 상세히 살펴본다.