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.

TV 디스플레이의 해상도를 측정할 때 기준이 되는 ‘라인(Line)’의 숫자만을 세는 것이 아니라 실제로 디스플레이가 원본 해상도를 얼마나 잘 표현해 낼 수 있는지를 나타내는 ‘화질 선명도(Contrast Modulation)’ 값을 반드시 명시해야 한다는 데 합의한 것이다. 

이번 결정은 다양한 TV 디스플레이 방식이 등장함에 따라 보다 정확한 해상도 정보 제공을 위해 기존 측정법을 보완해야 할 필요성에서 출발했다. 기존 측정법에도 ‘화질 선명도’ 평가 항목은 있었지만 이를 통과시키는 기준 값이 낮아 해상도 차이를 정확하게 나타내기 어렵다는 점이 지적돼 왔다. 

RGBW 방식의 TV 디스플레이는 3840×2160의 완전한 UHD 해상도 기준으로 볼 때, 평균 60% 수준의 화질 선명도 값을 RGB 방식의 UHD TV 디스플레이는 평균 95%의 화질 선명도 값을 갖는 것으로 알려져 있다. 기존에는 50%만 넘으면 별도 표시를 하지 않아도 됐지만, ICDM의 이번 결정에 따르면 앞으로는 화질 선명도 측정값을 반드시 표기해야 한다.

ICDM은 이번 ‘RGBW 방식 디스플레이 해상도 측정 기준 개정안’을 전 세계 화질 전문가와 회원사들이 참석한 가운데 참석인원 3분의 2 이상의 찬성으로 채택했다. 이로써 작년 9월 총회에서 촉발된 4K 해상도 논쟁은 일단락됐다. 지난 2월 회의에서는 기존의 해상도 측정방식이 RGBW 방식의 디스플레이에 적용하기에는 불완전하기 때문에 주의를 요한다는 검토의견을 낸 바 있다. 

ICDM의 이번 결정은 소비자들에게 보다 정확하고 구체적인 디스플레이 해상도 정보를 전달할 수 있게 됐다는 데 의의가 있다. 향후 ICDM은 보다 발전한 디스플레이 기술 현실에 맞게 과거의 낮은 화질 선명도 기준은 폐지하고, 실제 화질 차이를 명확히 표현할 수 있도록 해상도 평가법을 최종 보완할 계획이다.

한편, 이번 회의에 참석한 세계적인 영상기기 화질 전문가인 조 케인(Joe Kane)은 “업계는 물론 디스플레이 전문가들과의 협력 끝에 디스플레이 해상도에 대해 정확하게 정의하고 이를 소비자들에게 일관된 방식으로 전달하는 해법을 제시할 수 있었다”고 언급하며, “이로써 소비자들은 시장에 나와 있는 여러 제품들의 사양 차이를 더욱 손쉽게 비교할 수 있을 것이다”라고 덧붙였다. 

※ICDM(국제 디스플레이 계측위원회, International Committee for Display Metrology): 1962년 설립된 디스플레이 업계 최고 전문기구인 SID(Society for Information Display) 산하 위원회로, 디스플레이 관련 규격을 제정하고 관련 정보를 제공하고 있다. 디스플레이 관련 분야 전 세계 전문가 250여 명과 독일 TUV와 같은 전문 인증 기관, 삼성전자, LG전자, 파나소닉 등 주요 제조사 50개 이상의 회원이 활동 중이다.