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지난 2014년 세계 최초 '무(無) 카드뮴(No-Cadmium)' 퀀텀닷 소재를 개발한 삼성전자는 'SUHD TV'를 선보이며 퀀텀닷 상용화에도 성공했다. 2017년부터는 퀀텀닷 TV 브랜드 'QLED'를 발표하고 지속적인 디스플레이 혁신으로 퀀텀닷 명가의 헤리티지를 이어가고 있다.
퀀텀닷은 머리카락 굵기 수만 분의 1에 불과한 초미세 반도체 입자다. 현존 물질 중 최고 수준으로 정확한 색 구현이 가능하고 밝기도 뛰어나 개발 초기부터 차세대 디스플레이 소재로 각광받아 왔다. 삼성전자는 2014년에 세계 최초 '무(無) 카드뮴' 퀀텀닷 소재를 개발하고 2015년부터는 이를 적용한 TV를 출시하며 TV 산업의 기술적 수준을 한 단계 끌어올렸다.
디스플레이에 퀀텀닷을 사용하면 넓은 색 재현력으로 실제 눈으로 보는 것과 가장 가까운 색을 표현할 뿐만 아니라 픽셀 별로 광원을 조절해 블랙도 제대로 표현할 수 있다. 또 빛을 전방위로 발광시켜 시청 각도와 무관하게 높은 휘도와 색감을 전달하는 데다 블루라이트 비중까지 줄여 편안한 시청 환경을 조성할 수 있다.
퀀텀닷이 차세대 디스플레이 소재로 주목받으며 업계도 기술 상용화를 위한 연구 개발을 지속해 왔다. 덕분에 최근에는 다양한 퀀텀닷 TV가 시장에 등장하며 선택의 폭도 넓어졌다. 그러나 퀀텀닷 기술을 사용했다고 모두 같은 퀀텀닷 TV라고 보긴 어렵다. 제품마다 기술 구현 방식과 품질에 차이가 분명히 있기 때문이다. 고품질의 퀀텀닷 TV 경험을 위해서는 퀀텀닷 함유량을 비롯해 퀀텀닷 필름과 무카드뮴 소재 사용 여부를 꼼꼼히 확인하는 것이 중요하다.
퀀텀닷 TV의 진가는 퀀텀닷 함유량에서 나온다. 삼성 QLED는 최소 30ppm 이상의 소재를 함유하여 퀀텀닷만의 생생하고 풍부한 화질과 컬러를 감상할 수 있다.
퀀텀닷 디스플레이는 LCD보다 간단하고 효율적인 구조를 갖고 있다. 특히 QD-OLED의 경우, 자발광 디스플레이로서 발광원층을 조정하는 전자회로인 TFT층, 스스로 빛을 내는 발광원, 발광원의 빛을 활용해 색을 표현하는 퀀텀닷 필름으로 구성된다. 그중 퀀텀닷 필름은 색 재현력과 수명을 결정하는 핵심 요소로, 좋은 퀀텀닷 TV의 필수 구조다. 빛 에너지가 가장 강한 청색 발광원 위에 광변환층인 퀀텀닷 필름을 구성해 상용화된 디스플레이 중 가장 넓은 범위의 색 표현이 가능하다.
퀀텀닷 TV 개발 초기에는 색 재현력과 명암비 등 퀀텀닷 디스플레이의 장점을 구현하기 위해 카드뮴이 필수적이라는 게 학계 중론이었다. 당시에는 카드뮴을 활용하는 방식이 가장 효율이 높은 퀀텀닷 생산법이었기 때문이다. 그러나 카드뮴의 강한 독성은 퀀텀닷 기술 상용화에 결정적인 걸림돌이 됐다. 카드뮴은 퀀텀닷 기술 구현에 가장 적합한 소재지만 환경에 유해한 영향을 줄 수 있어 광범위하게 사용하기 어려웠다. 이렇듯 삼성전자가 최초로 개발한 '무카드뮴' 퀀덤닷 소재는 2015년 'SUHD TV'로 상용화에도 성공하면서 비로소 안정성까지 고려한 새로운 퀀텀닷 TV의 시대가 열렸다.
삼성전자는 일찌감치 퀀텀닷 기술의 가능성을 확인한 후 지난 10년간 끊임없는 기술 연구와 개발 투자를 통해 글로벌 디스플레이 시장의 혁신을 주도해왔다.
퀀텀닷 기술에 대한 삼성전자의 연구개발을 2001년에 시작되었다. 비카드뮴 소재에 대한 연구가 많지 않은 시절이었다. 선명한 색을 구현하기 위해선 나노 크기 입자를 균일하게 만드는 과정이 필요했지만, 이를 해결할 수 있는 기술의 부재로 대량 생산이 어려웠다. 삼성전자는 오랜 연구 개발 끝에 2014년 카드뮴이 없는 나노 크리스털 소재 구현에 성공했다. 이후 관련 특허 150여 개를 확보하는 등 노하우를 쌓으며 기술 고도화에 나섰다. 오랜 뚝심이 빛을 본 것은 2015년 세계 최초로 카드뮴이 없는 퀀텀닷을 활용한 'SUHD TV'를 공개하면서부터다.
2017년에는 '삼성 QLED'를 공개하며 기존 OLED의 한계를 극복한 프리미엄 TV의 새로운 기준을 세웠다. 메탈 퀀텀닷 기술을 적용해 디지털 시네마 색 표준(DCI-P3)을 정확히 구현하고 세계 최초로 컬러 볼륨 100%를 달성하며 독보적인 색 표현력을 선보였다. 특히 무기물 기반의 퀀텀닷 기술은 시간이 지나도 색감이 변하지 않아 번인 현상으로부터 자유롭다. 덕분에 퀀텀닷의 뛰어난 화질을 오랫동안 안정적으로 누릴 수 있다.
이후에도 삼성전자의 혁신은 계속됐다. 2019년 디스플레이용 적색 소자 개발에 성공한 데 이어 QLED 삼원색(적색, 청색, 녹색) 중 구현이 가장 까다로운 청색 자발광 QLED 발광 효율을 업계 최고 수준인 20.2%까지 끌어올렸다.
당시 개발에 참여한 장은주 펠로우는 "자발광 QLED에 적용 가능한 청색 소재를 발굴하고, 소자 수준에서 업계 최고 수준의 성능을 입증한 것이 이번 연구 성과의 큰 의미"라며 "삼성의 독자적인 퀀텀닷 기술로 다시 한번 기술적 한계를 극복했다"고 소감을 밝히기도 했다.
이 연구에서 비롯된 기술을 적용한 QD-OLED TV는 CES 2022에서 퀀텀닷과 OLED의 장점을 합친 궁극의 디스플레이를 구현했다는 평가를 받으며 '최고 혁신상(Best of Innovation)'을 수상하는 등 최초의 역사를 다시 썼다. 삼성전자는 앞으로도 디스플레이 기술 선도를 위해 아낌없는 투자를 이어나갈 계획이다.
