퀀텀닷(QD·양자점)은 이제 막 상용화 단계에 진입한 기술이다. 일본 소니와 중국 하이센스, TCL이 퀀텀닷 TV를 선보였고, 국내 삼성전자와 LG전자도 내년 상반기 제품 출시를 앞두고 있다.
QD는 스스로 빛을 내는 나노미터(㎚) 크기의 반도체 결정체다. 이 결정체의 크기 조절을 통해 빛의 색깔을 다양하게 조절할 수 있다. 일반적으로 크기가 작을수록 장파장을 흡수하고, 크기가 클수록 단파장을 흡수한다. 즉, 2nm크기의 QD는 파장이 긴 빨강색(780nm)을 흡수해 파란색을 나타내고, 8nm 크기의 QD는 단파장인 파랑색을 흡수해 빨강색을 발광하는 원리다.
QD는 1970년대 석유 파동 이후 에너지 위기를 극복하기 위해 태양전지를 연구하는 과정에서 처음 연구가 시작됐다. 디스플레이 분야에 QD를 적용하기 시작한 것은 지난 2006년부터다. 미국의 QD비전이 최초로 발광다이오드(LED)에 적용하면서 디스플레이 업계를 중심으로 기술 개발이 가속화됐다. 현재 전 세계적으로 QD 개발에 앞서 있는 업체는 QD비전을 비롯해 미국의 나노시스(Nanosys)와 영국의 나노코(Nanoco) 정도다. QD비전과 나노시스가 LED 백라이드유닛(BLU)에 탑재될 수 있는 디스플레이용에 집중 개발하고 있는 반면, 나노코는 디스플레이 뿐만 아니라 조명, 태양전지, 바이오 등으로 응용 분야를 넓히고 있다.
QD는 화학적으로 합성된 무기물이기 때문에 유기물 기반의 유기발광다이오드(OLED) 대비 상대적으로 수명이 길고, 제조 공정이 간단해 가격도 저렴하다. 하지만 한 가지 약점이 있다. 지금까지의 QD는 대부분 핵심 구성 물질로 유독성의 카드뮴을 사용해 왔다. 때문에 안전성과 환경 관련 문제가 발생할 소지가 높다.
내년에 QD TV출시를 계획하는 업체들은 대부분 비카드뮴계 QD 개발에 승부를 걸고 있다. 현재 비카드뮴 QD를 생산하는 기업으로는 미국 다우케미칼이 유일하다. 내년부터 국내 공장에서 대량으로 생산된다. 이 회사는 비카드뮴계 QD 제조 기술을 갖추고 있는 나노코와의 협력으로 제품 판매를 독점하고 있다.
삼성전자 역시 5년여 전부터 삼성종합기술원 주도로 비카드뮴계 기반 QD를 전방위적으로 연구 개발해 왔다. LG전자는 다우케미칼을 통해 비카드뮴계 QD 소재를 공급받아 필름 형태로 제작을 계획하고 있다.
이처럼 디스플레이 업계에서는 QD를 LED BLU에 적용되는 방식에 초점을 두고 있다. QD를 BLU에 적용하면 RGB(red·green·blue) 3원색을 모두 사용한 백색 LED 대신, 에너지 효율이 높은 청색 LED만으로도 백색을 구현할 수 있다. QD가 청색 빛의 일부를 빨간색과 녹색으로 변환시켜 백색으로 만들 수 있기 때문이다.
구현 방식으로는 △LED 백라이트 소자에 QD를 직접 부착하는 온-칩 방식 △튜브 형태의 QD를 LED 백라이트와 도광판 사이에 탑재하는 온-에지 방식 △QD가 적용된 광학필름을 BLU에 적용하는 온-서피스 방식 등이 있다.
업계 관계자는 “현재 국내 업체들은 대량 생산에 용이한 온-칩, 온-서피스 방식을 선호하고 있다”며 “다만 나노미터 수준의 QD 크기를 컨트롤해야 하는 기술적 어려움과 발열 문제 등은 여전히 해결해야 할 과제”라고 말했다.
성현희기자 sunghh@etnews.com
