수nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 아주 작은 반도체 입자인 퀀텀닷(QD·Quantum Dot)의 활용 분야는 무궁무진하다. 같은 물질로 만들어진 퀀텀닷이라도 크기에 따라 발광하는 색을 비롯한 전기적, 광학적 특성이 다르기 때문이다. 여러 응용 분야 중에서도 단연 퀀텀닷에 눈독을 들이는 건 TV, 모니터를 비롯한 디스플레이 시장이다. 총천연색 구현을 꿈꾸는 디스플레이 업계에서 퀀텀닷은 그 꿈을 실현할 새로운 소재이자 차세대 소재로 꼽힌다.

디스플레이에 퀀텀닷이 입혀졌을 때 가장 크게 기대할 수 있는 건 화질, 그중에서도 화질의 핵심 3요소 중 하나인 색의 표현이다. 디스플레이는 수많은 색을 표현하지만, 이를 위해 활용하는 색은 단 세 가지다. 삼원색(RGB)으로 불리는 빨간색, 초록색, 파란색이다. 그 외의 색은 이들 세 가지를 합쳐 만들어낸다.

빨간색과 초록색을 함께 뿜어 노란색을 만들고, 세 가지 색을 모두 발해 흰색을 표현하는 식이다.

그래서 디스플레이에서 생성하는 삼원색이 ‘진정한 원색’이냐 하는 점은 화질을 좌우하는 주요 요소가 된다. 원재료인 삼원색이 정확해야 조합될 다른 색 역시 정확한 색을 가질 수 있기 때문이다.

그런데 사실 현재 모든 디스플레이에서 내는 삼원색은 우리가 알고 있는 그 원색이 아니다. 더군다나 그렇게 생성되는 세 가지 빛조차 딱 세 가지 색이 아닌, 그와 비슷한 수많은 색이 함께 섞여 있다. 디스플레이가 생성하는 빨간색 빛은 정말 빨간색도, 빨간색만 나오는 것도 아니라는 뜻이다.

퀀텀닷, 삼원색에 가장 가까운 색 구현

빛의 색을 물리학적 개념인 빛의 파장으로 바꿔 말하면 이를 조금 더 분명하게 이해할 수 있다. 우리가 볼 수 있는 모든 색, 즉 가시광선은 380~700nm의 파장을 갖는 빛이며, 각각의 색은 이 사이에서 고유의 파장을 갖고 있다. 가령 삼원색의 정확한 파장은 1931년 빛과 조명에 관한 과학기술을 논의하는 국제조명위원회(CIE)에서 빨간색은 700nm, 초록색은 546.1nm, 파란색은 435.8nm로 정해놨다.

다만 현재 디스플레이 기술로는 이 삼원색 파장의 빛을 만들어내지는 못한다. 앞으로도 물리적으로 불가능할 가능성이 높다. 그래서 디스플레이 기술로 구현할 수 있을 법한 삼원색의 파장을 정하고, 그것을 목표로 디스플레이 기술을 발전시키고 있다. 가령 현재 가장 높은 단계의 색표준인 ‘BT.2020’ 에서는 목표로 하는 삼원색의 파장을 빨간색 630nm, 초록색 532nm, 파란색 467nm로 정해놓고, 이 기준에 100% 도달하기 위해 연구개발을 거듭하고 있다. 

최고 색표준 도달 가능한 퀀텀닷 디스플레이

디스플레이는 사람이 볼 수 있는 가시광선의 모든 파장을 다 구현하지는 못한다. 현재 디스플레이 기술로 도달 가능한 여러 색표준 중 가장 높은 레벨의 것은 BT.2020(갈색 삼각형)이다. 현재까지 이 기준에 만족하거나 그 이상을 구현할 수 있는 것은 퀀텀닷 디스플레이(파란 삼각형)가 유일하다.

디스플레이의 삼원색 구현에서 또 하나의 관심사는 앞서 말했듯 세 가지 빛에 여러 색이 뒤섞여 있는 문제를 최소화 하는 것이다. 가령 빨간색으로 630nm 파장을 만든다는 디스플레이의 실제 빨간색 빛을 측정하면 630nm 외에도 그와 비슷한 파장의 빛이 함께 나오고 있음을 알 수 있다.

이 두 가지 삼원색 구현의 문제는 과거 오랜 기간 대세 디스플레이였던 CRT(브라운관)의 인광 물질부터 현재 인기 디스플레이인 LCD(액정표시장치)의 컬러필터, OLED(유기발광다이오드)의 유기물질까지 모두 갖고 있다. 퀀텀닷도 마찬가지다. 하지만 여기서 퀀텀닷 디스플레이와 다른 디스플레이 사이에는 분명한 차이가 있다. 다른 디스플레이에 비해 퀀텀닷 디스플레이는 진정한 삼원색의 파장에 더 근접할 수 있고, 다른 파장의 빛이 뒤섞이는 것을 현저히 줄일 수 있다는 점이다. 그 비결은 퀀텀닷 자체에 있다. 발광물질인 퀀텀닷이 적은 수의 원자들이 모인 매우 작은 물질이기 때문이다.

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