[디지털포스트(PC사랑)=이백현 기자] 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)은 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있는 초미세 반도체 입자다. 머리카락 굵기의 수만 분의 1 크기인 이 소재는 현존 물질 중 최고 수준으로 정확한 색 구현이 가능하고 밝기도 뛰어나, 디스플레이를 비롯해 의료기기와 태양전지 분야에서도 활발히 연구되고 있다.
그러나 온전히 상용화가 이뤄졌다고 보기에는 어려운 기술이기도 하다. 퀀텀닷 기술의 지향점은 퀀텀닷 입자가 스스로 내는 빛을 활용하는 양자점 LED(QD-LED) 디스플레이지만 이를 활용한 제품은 아직 등장하지 못했기 때문이다. QD-LED의 최대 밝기는 LCD 대비 최대 100배에 달하고 색 재현력도 30% 이상 높을 것으로 예상되는 등, LCD·OLED에서 더 나아간 차기 디스플레이 기술로 기대받고 있지만 구현 자체가 기술적으로 매우 어려워 본격적인 QD-LED TV는 등장하지 않은 상태다.
가장 최근 상용화된 퀀텀닷 디스플레이는 OLED(유기발광다이오드)에 퀀텀닷 컬러필터(Quantum Dot Color Filter, QDCF)를 적용한 QD-OLED이다. 해당 기술은 기존 청색 OLED 발광층에 퀀텀닷 기술을 적용한 컬러필터로 색을 구현하는 방식이다.
이렇게 구현한 QD-OLED 또한 색 재현력이 뛰어나며, 넓은 시청 각도와 높은 밝기, 그리고 낮은 블루라이트 비중으로 눈에 편안한 시청 환경을 제공한다. 디스플레이에 적용할 경우, 넓은 색 영역을 지원하면서도 픽셀 별로 정교한 조명이 가능해 명암비와 색감을 효과적으로 구현할 수 있다.
QD-OLED를 최초로 상용화한 것은 삼성디스플레이인데, CES 2022에서 처음으로 QD-OLED를 상용화해 선보인 ‘QLED TV'는 CES 최고 혁신상을 수상했다.
퀀텀닷 기술 핵심 요소는? 퀀텀닷 필름·無 카드뮴 기술
현존하는 퀀텀닷 TV는 기술 구현 방식과 품질에서 차이가 있을 수 있는데, 가장 중요한 요소는 퀀텀닷 필름(컬러필터)으로 꼽힌다. 현존하는 퀀텀닷 디스플레이는 발광원(OLED 또는 LCD)과 퀀텀닷 필름으로 구성되며, 필름의 품질은 색 재현력과 디스플레이의 수명을 좌우한다. 특히, 청색 발광원 위에 배치된 퀀텀닷 필름은 광변환층 역할을 하며 다양한 색을 정확히 표현하는 데 핵심적인 역할을 한다.
그 다음으로 중요한 요소는 무(無) 카드뮴 기술이다. 카드뮴은 퀀텀닷 기술 초기에는 필수적이었으나, 환경에 미치는 부정적인 영향을 고려해 카드뮴을 사용하지 않는 기술이 필요했다. 특히 EU는 유해물질사용제한지침(RoHS)은 카드뮴, 수은 등 총 10개 독석물질 함량을 품목별로 제한하고 있는데, 2011년 예외적으로 LED 칩과 디스플레이에는 평방미터당 카드뮴 함량을 완화하는 예외조항을 뒀다. 그러나 장기적으로 카드뮴을 사용하지 않는 기술이 필요했고, 이에 삼성전자는 2015년 세계 최초로 카드뮴이 없는 QD-LCD TV를 개발해 선보였다. ’SUHD TV’를 발표했다.
2010년대 초반부터 퀀텀닷 기술에 대한 연구·상용화가 본격적으로 진행되면서 퀀텀닷 기술은 지속적인 발전이 이뤄지고 있다. 카드뮴을 사용하지 않는 퀀텀닷 소재의 개발은 환경 규제와 기술적 한계를 동시에 극복한 사례로 꼽히는데, 이 기술은 현재 다양한 TV 제품군에 적용되며 프리미엄 디스플레이 시장을 확대하는 데 기여하고 있다.
특히 퀀텀닷과 OLED의 장점을 결합한 QD-OLED TV는 DCI-P3 등 색 표준을 정확하게 구현하고 고휘도, 고색, 고주파수 등 소비자들에게 좋은 반응을 이끌어 내고 있어, 추후 차세대 디스플레이 기술의 핵심으로 자리잡을 것으로 전망된다.