[소재부품칼럼]친환경 ‘퀀텀닷(QD)’ 개발의 중요성

우리가 가진 정보의 약 80%는 눈으로 얻는다. 따라서 인간과 정보기기를 연결해 주는 통로인 디스플레이는 핵심 부품이다. 특히 인터넷과 스마트폰 없이 살기 어려운 현대인에게 디스플레이는 ‘세상을 보는 창’이다.

디스플레이는 오랫동안 일본 업체들이 시장을 주도해 왔다. 우리 기업의 적극적인 투자와 산학연의 활발한 연구 개발로 2000년대 중반부터 세계 1등을 차지하면서 디스플레이 강국으로 부상하게 됐다.

지난 10여년간 세계적인 디스플레이 관련 전시회와 학술회의에서 한국 기업과 학계가 신제품과 혁신적인 기술을 내놓으면서 디스플레이 분야 발전을 주도해 왔다.

하지만 최근 들어 중국의 도전이 무시할 수 없을 정도로 커지고 있다. 액정표시장치(LCD) TV 분야는 지난해 중국 업체들이 초고화질(UHD) TV 제품 출시를 주도하면서 점유율에서 한국 기업을 앞지르고 있다. 더욱이 중국 내수 시장의 규모와 성장률은 다른 나라보다 훨씬 빠르기 때문에 중국 업체들에 유리한 환경이다. 따라서 우리가 세계 1등을 계속 유지하기 위해서는 차별화된 신기술을 지속적으로 개발해야 한다.

‘꿈의 디스플레이’로 불리는 유기발광다이오드(OLED) 기술에서는 세계에서 유일하게 우리 기업들이 대량생산에 성공해 월등한 경쟁력을 갖고 있다. 중국 업체가 따라오기에는 상당한 기술 격차가 있다. 하지만 OLED TV는 아직 가격이 비싸 당분간 시장 규모를 크게 확대하기 쉽지 않다. 때문에 현재 시장 규모가 가장 큰 LCD 분야에서 시장을 선도할 수 있는 기술이 필요하다.

업체들은 3D 기술에 이어 최근에는 곡면(Curved) TV와 UHD TV 기술을 중심으로 경쟁을 해 왔다.

소비자의 새로운 관심을 불러일으킬 또 다른 기술적 혁신이 필요하다. 퀀텀닷(양자점·QD)이 주목받는 것도 이러한 배경 덕분이다. QD는 나노미터 크기의 반도체 결정으로 크기·모양 또는 화학적 조성을 제어해 발광 파장을 쉽게 조절할 수 있고, 다른 형광체보다 발광선폭이 매우 좁아 색순도가 우수하다. 또 유기발광재료에 비해 광안정성이 높고, 콜로이드 QD 합성법으로 싼 가격에 대량으로 생산할 수 있는 장점도 있다.

QD를 LCD에 적용했을 때 가장 큰 장점은 자연색에 가까운 색을 표현할 수 있는 높은 색재현성이다. QD필름은 기존 LCD 제조공정에 쉽게 적용할 수 있고, 다양한 크기의 화면에도 적용이 용이하다. 현재 미국 3M과 나노시스가 공동으로 QD필름을 상용화해 아마존 킨들 제품에 적용하기 시작했고, 주요 중국 LCD TV 업체들도 내년부터 일부 제품에 QD필름을 채택할 것으로 예상되고 있다. 따라서 OLED가 가격 경쟁력을 확보할 때까지는 QD LCD가 차세대 디스플레이로 시장을 넓혀갈 것으로 예상된다.

우리도 이에 대한 연구 개발에 적극 나서야 한다. 현재 개발된 QD필름은 독성 물질인 카드뮴이 포함돼 있어 환경규제 문제가 생길 수 있다. 비카드뮴계 친환경 QD를 사용한 필름 개발로 우리 LCD TV 경쟁력을 확보하는 것이 시급하다.

또 QD QLED는 수명과 발광효율 측면에서 아직 실용화하기에는 많이 부족한 실정이지만 향후 OLED를 이어 새로운 차세대 디스플레이 기술로 자리매김을 할 것으로 예상된다. 따라서 5~10년 이후에도 우리 업체들이 세계 디스플레이 시장을 선도해 나가기 위해서는 차차세대 기술인 QLED 기술 개발에도 적극 나서 핵심 기술을 확보, 중국 등과 디스플레이 기술 격차를 더욱 벌려 가는 것이 필요하다. 이를 위한 정부와 디스플레이 업계의 체계적 개발 전략과 투자가 있기를 기대한다.

이창희 서울대 전기정보공학부 교수 chlee7@snu.ac.kr