‘Quantum Dot(이하 QD)’이란 지름이 2~10nm(1nm=1m/10억)인 무기물 소재의 초미세 반도체 입자로, 전류를 받으면 OLED 소재처럼 스스로 발광하는 특징이 있고 중심체(core)와 껍질(shell)로 이루어져 있다.
QD의 특징은 동일한 물질에서도 입자 크기별로 다른 길이의 빛 파장이 발생되어 다양한 색을 낼 수 있다는 것이다. 즉, QD는 전류를 공급했을 때 입자의 크기에 따라 나타내는 색이 달라진다.
QD가 입자 크기에 따라 다른 색을 표현할 수 있는 이유는 빛의 파장과 입자 크기 간의 관계 때문이다. 입자의 크기가 나노미터 수준에 달하게 되면, 입자 크기가 작아질수록 에너지 밴드갭이 커지는 현상(양자구속 효과)이 나타나게 된다. 에너지 밴드갭이 커진다는 것은 쉽게 생각하면 빛을 낼 때 더 많은 에너지를 필요로 하는 것이다.
에너지 밴드갭은 빛의 파장의 길이와 역의 관계를 가지고 있고, 빛의 파장의 길이에 따라 우리 눈에 인식되는 색이 달라진다. 일반적으로 가시광선(사람의 눈으로 볼 수 있는 전자기파의 영역)의 파장의 길이는 400~700nm이며, 빨주노초파남보 순으로 장파장에서 단파장을 가진다.(R: 620nm~750nm, G: 590nm~620nm, B: 450nm~495nm) 따라서, R, G, B 중 가장 긴 파장의 길이를 가진 Red가 에너지 밴드갭이 가장 작고, 가장 짧은 파장의 길이를 가진 Blue가 에너지 밴드갭이 가장 높다. 즉, 청색 소자가 빛을 내기 위해 가장 높은 수준의 에너지를 요구하므로 청색 소자는 안정성과 수명 이슈로 인한 높은 기술력을 필요로 한다.
이처럼 QD는 물질의 종류를 바꾸지 않고도 입자의 크기만을 설정하여 광선 방출, 빛의 파장 등을 효율적으로 바꿀 수 있으며, OLED의 장점인 뛰어난 색재현력 또한 보유하고 있다. 또한 QD는 유기물질인 OLED와 달리 안정적인 무기물질로 구성되어 OLED의 최대 단점이었던 번인 문제가 해결될 수 있고, OLED 대비 제조원가도 저렴하다. 이러한 장점들이 삼성이 차세대 디스플레이 기술로 QD를 채택한 이유라고 판단된다.
현재 삼성의 QLED TV는 QD가 외부에서 전류를 받아 스스로 빛을 내는 EL(Electroluminescence, 전계 발광) 방식이 아닌, 외부에서 빛 에너지를 받아서 빛을 내는 PL(Photoluminescence, 인광) 방식이다. 기존의 LCD 방식에 적색 및 녹색의 QD 입자가 포함되어 있는 필름인 QDEF(Quantum Dot Enhanced Film)만 추가하여 색 재현력을 개선하였다.
그러나 여전히 LCD와 동일하게 BLU(Backlight Unit)를 통해 발광하므로, 완전한 자발광 방식의 기술과는 거리가 있다. 이러한 한계를 뛰어넘기 위해 삼성은 차세대 대면적 디스플레이 기술로 한층 더 자발광 방식에 가까운 QD-OLED를 개발 중에 있다. QD-OLED는 LGD가 White OLED를 발광원으로 적용하고 있는 것과 유사하게, Blue OLED를 적층하여 발광원으로 활용한다.
한편 발색은 QD를 증착한 컬러필터를 통해 구현하여 색 재현력을 높일 수 있을 것으로 전망된다. 또한 TFT는 a-Si 보다는 전자 이동속도가 훨씬 빠르면서도, 대면적 적용이 용이한 Oxide(IGZO) TFT를 적용할 것으로 판단된다.
