내년 2월 예정된 지상파 UHD 방송 서비스가 초읽기에 들어갔다. 화질의 신세계를 경험하려는 소비자라면 표준에 맞는 UHD TV를 구매하는 일만 남았다. 그럼 어떤 UHD TV를 구매해야 할까. 퀀텀닷 디스플레이를 채택한 UHD TV를 통하면 초고화질 영상을 제대로 즐길 수 있다고 디스플레이 전문가들은 입을 모은다.

퀀텀닷은 빛이나 전류를 받으면 크기에 따라 다양한 색을 내는 나노미터(1㎚=10억분의 1m) 크기 반도체 무기물이다. 입자 크기를 조절하는 것만으로 다양한 자연 그대로의 순수한 색을 만들어낼 수 있고 에너지 효율과 내구성도 높아 차세대 디스플레이 소재로 각광받고 있다. 국내에서는 이미 삼성전자가 수년 전부터 퀀텀닷 디스플레이를 개발해왔다. 지난해부터는 극도의 세밀함을 자랑하는 초고화질 영상 재생에 특화된 프리미엄 퀀텀닷 디스플레이 채택 제품을 \'SUHD TV\'란 이름으로 내놓고 있다.

◆ 순수과학에서 출발한 퀀텀닷 시대

퀀텀닷은 1980년 러시아 물리학자 알렉세이 아키모프와 1982년에 미국인 화학자 루이스 E 브루스에 의해 의해 공식 발견됐다. 두 사람은 반도체 성질이 있는 물질을 물 분자보다 조금 더 큰 나노 크기의 입자로 쪼개면 이 물질에 완전히 새로운 성질이 생기게 된다는 것을 깨달았다. 또 두 과학자는 이 쪼개진 입자들이 방사하는 빛의 색깔이 입자 크기에 따라 다르다는 것을 발견했으며, 이를 통해 프리즘 영역에 있는 모든 색깔의 빛을 생성해 낼 수 있다는 것도 알아냈다. 즉, 퀀텀닷 입자 크기 하나하나가 세밀하게 조절될 수 있다면 퀀텀닷 입자들을 사용해 무지개에 있는 모든 색깔을 완벽하게 생성해 낼 수 있다는 것이다. 이렇게 발견된 원리를 실제 디스플레이에 적용할 수 있도록 생각해 낸 것은 미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스 나노과학 및 나노기술학과의 폴 알리비사토스 교수다. 그는 인간의 눈이 발전하게 된 배경을 연구하던 중 천재적 영감을 떠올렸다. 알리비사토스 교수는 정말 좋은 품질의 디스플레이를 만들려면 디스플레이에서 분사되는 빛이 눈에 있는 수용체와 맞아야 된다는 것을 깨달았다.

이에 알리비사토스 교수는 생각한 것을 토대로 지름이 나노미터인 물질들을 연구함으로써 퀀텀닷이라고 알려진 나노 크기 크리스털 입자들을 제조하는 방법을 완성했다. 그는 \"SUHD 디스플레이에 있는 퀀텀닷은 사람 눈으로 볼 수 있는 색과 굉장히 정확하게 맞기 때문에 기존 디스플레이에서 보는 것보다 더 실제와 같은 색과 영상을 완벽하게 재현해 보여준다\"고 말했다.

◆ 미세한 크기에서 거대한 효과를

퀀텀닷 기술이 처음 접목된 기기는 당연히 TV였다. 퀀텀닷은 색깔을 더 정확하게 보여줄 수 있을 뿐만 아니라 TV가 표현할 수 있는 색 팔레트 영역을 더 효율적으로 확장시켜 줄 수 있기 때문이다. 이 덕분에 많은 양의 전력을 낭비하지 않고도 TV 밝기를 한층 더 높일 수 있는 것이다.

게다가 돌, 다이아몬드 같은 무기 물질인 퀀텀닷은 OLED(유기발광다이오드) 등 유기 물질에 비해 더 긴 수명을 가지고 있으며 더 안정적이다. 생산 비용도 낮다. 세계 최대 퀀텀닷 기술 기업 중 하나인 나노시스의 제이슨 하트러브 최고경영자(CEO)는 \"OLED에 비해 더 긴 수명과 더 낮은 생산 비용을 가지고 있기 때문에 이 작은 크리스털 입자들이 (TV) 산업에 끼칠 수 있는 영향은 가히 막대할 것\"이라고 말했다.

◆ 지속적으로 발전 중인 퀀텀닷 기술

퀀텀닷 기술, 디스플레이가 각광받고 있는 이유 중 하나는 \'젊은 기술\'이기 때문이다. 산업에 본격적으로 적용된 기간이 20~30년에 불과하기 때문에 아직 발전 여지가 크다. 김현석 삼성전자 영상디스플레이사업부 사장은 \"퀀텀닷 기술은 빠른 발전을 보이고 있다. 이 기술은 지속해서 진화하고 있으며 확실히 우리 예상보다 훨씬 빠른 속도로 진전하는 중\"이라고 말했다.

특히 삼성전자는 퀀텀닷 기술 상용화에 앞장서고 있으며, 세계 최초로 비카드뮴 퀀텀닷을 개발했다. 카드뮴은 인체와 환경에 해로운 독성 물질로 삼성은 2015년에 첫 비카드뮴 퀀텀닷 기술을 적용한 SUHD TV를 출시했다. LCD는 1968년 최초로 TV에 상용되기 시작했으며, 이는 1888년도에 처음 액체형 크리스털이 발견되고 난 후 80년이 지난 시점이었다. 최초 OLED TV는 2007년 출시됐지만 이는 1950년대 초반 최초로 유기 물질에서 전장발광이 발견된 지 거의 반세기가 지난 다음이었다. 하지rn퀀텀닷은 이와는 다르게 30년 정도만 걸렸다. 장혁 삼성전자 부사장은 \"아주 짧은 시간에 이뤄낸 놀라운 성과다. 하지만 우리가 미처 발견하지 못한 퀀텀닷을 사용할 수 있는 영역들이 아직 많이 남아 있다\"고 말했다.

업계 관계자는 \"퀀텀닷 기술은 무한의 가능성을 가지고 있다. 돌돌 말거나 접을 수 있는 디스플레이에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 센서와 바이오이미징, 심지어는 그림처럼 예술 작품에도 사용될 수 있다\"며 \"디스플레이 업계에서는 가까운 미래에 퀀텀닷을 활용한 QLED(양자점발광다이오드)까지 가능해질 것으로 기대하고 있다\"고 덧붙였다.

매일경제 서찬동 기자