'퀀텀닷' 검색 결과

☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제2화 화질의 비밀-② 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷!   태양전지, 광전환 효율 한계 생기는 이유 태양광 발전은 태양의 빛에너지를 태양전지를 통해 전기에너지로 바꾸는 기술이다. 1954년 당시 미국의 벨연구소에서 최초의 상용화 태양전지인 실리콘 태양전지가 개발된 이래 지금은 친환경 미래 에너지기술로 각광받고 있다. 태양광 발전의 기술력을 판가름 짓는 건 태양전지가 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 비율, 즉 광전환 효율이다. 광전환 효율이 높을수록 같은 면적에서 같은 비용으로 더 많은 전기에너지를 얻을 수 있기 때문이다. 학계와 산업계에서는 태양전지의 광전환 효율을 높이기 위해 수십 년 동안 새로운 소재를 발굴하고 그 소재로 다양한 구조의 태양전지를 만들어냈다. 그 결과 해를 거듭하면서 광전환 효율은 점차 높아졌다. 현재 가정과 산업에서 가장 널리 사용되는 실리콘 기반 태양전지의 최고 효율은 27.6%까지 도달했다. 이론적으로는 광전환 효율을 최대 34%까지 끌어올릴 수 있다. (단일 접합 태양전지 기준) 태양전지 개발에서 광전환 효율을 높이는 데 가장 큰 걸림돌은 태양이 뿜는 여러 파장의 빛을 태양전지가 모두 흡수할 수 없다는 물리적인 한계다. 예를 들어 태양은 파장이 250~2500nm (나노미터·1nm는 10억 분의 1m)에 이르는 다양한 빛을 지상으로 보내는데, 실리콘 기반 태양전지는 이 중 500~1000nm의 빛만 활용할 수 있다. 파장이 1000nm가 넘는 빛은 태양전지를 통과해버리며, 500nm 이하의 빛은 흡수는 되지만 열로 전환돼 날아가 버린다. 실리콘뿐만 아니라 다른 어떤 물질로 태양전지를 만들어도 활용할 수 있는 파장의 범위가 정해져 있어서…

  에너지 ‘밴드’ 대신 에너지 ‘값’으로 나와 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. ☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제2화 화질의 비밀-① 진정한 삼원색을 만드는 퀀텀닷! 이를 이해하기 위해 조금 더 심화 과정으로 들어가 보자. 고등학교 1학년 과목 ‘통합과학’에 나오는에너지 준위에 관한 얘기를 꺼내야 한다. 우선 중학교 때 배우는 기본적인 원자의 구조를 하나 떠올려 보자. 정 가운데 원자핵이 있고, 그 주위에 전자가 돌아다니는 경로인 전자껍질(궤도) 세 개를 동심원으로 나타낸 그림이다. 이 그림에서 전자는 세 개 층으로 이뤄진 전자껍질을 자유롭게 넘나들 수 있다. 단 외부의 에너지를 얻을 때는 바깥쪽 전자껍질로, 전자가 에너지를 잃을 때는 안쪽 전자껍질로 이동한다. 이때 전자가 몇 번째 전자껍질에 있느냐에 따라 원자가 갖는 에너지값이 달라지는데, 한 원자가 가질 수 있는 에너지값 전체를 표현한 것을 에너지 준위라고 한다. 보통 원자가 하나만 있을 때는 이 에너지 준위가 특정한 수로 정해져 있다. 하지만 원자들이 하나둘 모이기 시작하면 각 원자의 전자껍질들이 겹치면서 어떤 전자는 느려지고 어떤 전자는 빨라지는 등 서로 영향을 받기 시작한다. 이는 곧 에너지 준위에 변화가 생기는 걸 의미한다. 원자의 개수가 더욱 많이 늘어나면 어떻게…

☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제1화 원리와 합성법-② 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은? 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…

☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제1화 원리와 합성법-① 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은?   핵을 껍질로 싸고 리간드 붙여 완성 크기에 따라 다른 색을 낼 수 있다는 점은 발광 반도체에서는 획기적인 특징이었다. 특정 색을 만들기 위해 새로운 소재를 일일이 찾아다닐 필요 없이, 한 종류의 소재로 만든 반도체라고 해도 크기만 조절하면 붉은색부터 푸른색까지 모든 색깔을 만들어낼 수 있기 때문이다. 이런 가능성 때문에 퀀텀닷 연구는 1990년대 활발히 진행됐다. 1993년에는 처음으로 퀀텀닷의 크기를 세밀히 조절할 수 있는 제조법인 ‘콜로이드 합성법’이 개발됐다. 기본적인 합성법은 매우 간단하다. 반도체 소재로 흔히 사용되는 12족 원소(아연, 카드뮴 등)와 16족 원소(황, 셀레늄 등)를 한 데 섞어 열을 가하면 된다. 물론 이 두 종류로 끝나는 것은 아니다. 입자의 표면을 안정화하는 부가적인 물질들이 필요하다. 입자의 크기가 작아질수록 입자 표면의 영향은 커지기 때문이다. 예를 들어 한 변의 길이가 10cm인 정육면체는 부피와 겉넓이의 비가 10:6이지만, 한 변의 길이가 1cm인 정육면체는 그 비율이 1:6으로 크기가 작을수록 겉면의 비중이 크게 뛴다. 즉, 퀀텀닷은 입자 표면이 퀀텀닷 전체의 특성을 결정짓는데 중요한 역할을 한다. 이 때문에 퀀텀닷은 중심 물질(핵)을 껍질(쉘)로 싸고, 껍질에 다시 추가로 리간드[1]를 부착한 구조로 만들어 전기적·광학적 특성을 손상하지 않고 제 기능을 할 수 있도록 만든다. 배 교수는 “어떤 종류의 리간드를 어떤 구조로 부착하는지가 퀀텀닷의 기능에 매우 중요하다”며 “리간드뿐만 아니라 온도와 반응시간…

“인간의 머리카락 한 가닥 두께보다 5만 배 이상 작은 퀀텀닷(quantum dot) 기술을 처음 적용해 선명한 색상을 만들어 기존 TV보다 2배 이상 밝다.”(BBC, 2015년 1월 6일) 2015년 1월 미국 라스베이거스. 전 세계 최신 전자제품이 한자리에 모이는 세계 최대 전자 정보통신기술(ICT) 쇼인 ‘CES 2015’에 기존에 없던 TV가 나타났다. 삼성전자가 2000년대 초반부터 10여 년간 연구한 퀀텀닷 기술을 접목해 만든 차세대 TV였다. 전 세계 언론은 퀀텀닷 TV의 성능을 극찬했다. 그리고 삼성전자는 올해 1월 열린 ‘CES 2020’에서 기존의 퀀텀닷 기술을 업그레이드해 퀀텀닷발광다이오드(QLED) 8K TV 신제품을 공개해 관람객의 발길을 붙잡았다. 삼성디스플레이는 2019년 10월 퀀텀닷(QD) 디스플레이 양산을 위해 디스플레이 투자로는 사상 최대 규모인 13조1000억 원을 투입해 기존 액정디스플레이(LCD) 생산설비를 퀀텀닷 디스플레이 생산설비로 전환하고 2021년부터 대규모 양산에 돌입하겠다는 계획을 밝혔다. 퀀텀닷이 뭐길래 이토록 큰 변화의 바람을 불러일으키는 것일까.     같은 물질인데, 다른 색깔이네? 퀀텀닷, 우리말로 풀이하면 양자점, 좀 더 풀면 양자물리의 법칙이 적용되는 아주 작은, 수nm (나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 크기의 반도체 입자를 뜻한다. 양자물리의 모든 것을 이 글에 풀 수는 없지만 퀀텀닷을 이해하기 위해 아주 주요한 특징만 몇 가지 말하자면, 우선 양자물리는 아주 작은 크기의 세상에 적용되는 물리 법칙들을 일컫는다. 어느 정도의 크기보다 작은 걸 작은 세계라고 부를지 그 기준은 아직 명확하게 정해지진 않았다. 다만 원자나 분자 또는 그보다 작은 입자들의 세계는 우리가 눈으로 보고 직관적으로 생각하는 것과는 다른 방식으로 굴러간다. 나노물질이 좋은 예다. 입자가 아주 작은 크기일 때는 같은 소재, 같은 방식으로 만들었다고 해도 그…

우리가 일상생활에서 많이 사용하는 초(s), 길이(m)와 같은 단위들은 1960년 국제도량형총회(CGPM)에서 국제단위계(SI, System of Units)라는 포괄적인 단위 체계를 정립하면서 사용하게 되었습니다. 어떤 양을 측정할 때 객관적인 표준 단위계가 필요하기 때문입니다. SI의 기본 단위는 미터(m), 킬로그램(kg), 초(s), 암페어(A), 켈빈(K), 몰(mol), 칸델라(cd) 등 7가지입니다. 이는 서로 다른 성질들을 측정하는데 사용되는 표준단위로, 전 세계적으로 통용되는 단위 체계입니다. 이런 단위계들은 각 단위에 사용되는 양의 크기를 쉽게 나타내기 위해 사용되는 접두어가 있습니다. IT 분야에서 자주 사용하는 ‘메가’, ‘기가’, ‘테라’, ‘나노’, ‘마이크로’가 바로 이런 SI 단위 접두어입니다. 예를 들어 QD디스플레이에 등장하는 QD(퀀텀닷, 양자점)는 지름이 수 나노미터(nm) 크기의 초미세 반도체 입자를 의미합니다. 이렇게 자주 사용되는 단위 용어이지만 각 크기가 어떤지 한눈에 알기는 어렵습니다. 알쏭달쏭한 단위 접두어들의 실제 크기는 어떨까요? 인포그래픽으로 만나보세요!

자체 발광 디스플레이인 OLED 그리고 최근 각광 받고 있는 퀀텀닷 디스플레이가 다양한 빛으로 고화질 성능을 보여주는 원리 속에는 양자 도약(Quantum Jump)이라는 물리학 개념이 자리잡고 있다. 그리고 그 개념의 출발은 에너지가 불연속적이라는 현대 양자 물리학에 기반을 두고 있다. 오늘은 에너지 불연속성과 양자 도약의 개념에 대해서 알아보자.   에너지 불연속성이란? 에너지가 연속적인 것이 아니라 불연속적이라는 점은 뉴스룸 지난 편 [알아두면 쓸모있는 양자역학 이야기 – 3. 빛의 입자설]에서 짧게 소개한 적이 있다. 불연속적인 에너지의 개념을 가장 쉽게 이해할 수 있는 비유는 바로 계단 모형이다. 에너지의 흐름에 중요한 역할을 하는 전자를 공에 비유한다면 전자는 일반적인 공과 달리 비탈길을 미끄러지듯 내려가며 움직이지 않고, 계단과 같이 미리 정해진 위치로만 이동한다는 것이다. 실제로 전자는 보어(Niels Bohr)의 원자 모델에 따르면 ‘미리 정해진 궤도’상에만 존재한다. 궤도 사이의 어느 지점에 존재할 수 없다는 뜻이다. 이 원리가 에너지 불연속성이라는 결과를 가져온다. 왜냐하면 물질에서 에너지의 흐름은 전자가 궤도를 옮겨갈 때 방출되거나 흡수되기 때문이다. 예를 들어 전자가 바깥쪽 궤도에서 안쪽으로 이동할 경우에는 자체 보유 에너지가 줄어들며 물질이 안정화 되며, 이때 남게 되는 에너지는 빛과 같은 형태로 방출된다. 반대로 전자가 외부의 에너지를 흡수해 들뜨게 되면 바깥쪽 궤도로 상승하게 되는 원리다. 이런 식으로 전자는 궤도를…

영화관의 스크린은 초대형 사이즈를 통해 영상을 실감나게 전달해 줍니다. 특히 IMAX 영화관의 경우에는 강력한 몰입 경험으로 더욱 현실적으로 느끼게 됩니다. 이처럼 대형 디스플레이가 가져다 주는 몰입감은 중소형 디스플레이에서는 느끼기 어려운 특징으로 꼽힙니다. 오늘은 중소형 디스플레이의 미래를 다룬 ‘디스플레이 미래 기술 전망 Part.1’에 이어 앞으로 상용화되거나 미래에 등장할 것으로 예상되는 대형 디스플레이 기술의 종류와 특징에 대해서 살펴보겠습니다.   입자의 크기가 색을 결정한다 – 빛의 마법사 ‘QD(Quantum Dot)’ QD(Quantum Dot, 양자점물질)는 지름 수 나노미터(㎚) 이하 크기의 초미세 반도체 입자를 말합니다. 1나노미터는 10억분의 1미터로, 머리카락 두께의 6만분의 1 정도의 크기를 갖는 단위입니다. QD는 무기물 소재로 2~10㎚ 크기의 중심체(Core)와 껍질(Shell)로 이루어지며 이를 고분자 코팅이 감싸고 있는 구조입니다. QD는 1970년대 에너지 위기 극복을 위해 태양전지를 연구하는 과정에서 벨 연구소의 루이스 부르스(Louis Brus) 박사와 러시아의 알렉세이 아키모프(Alexei Ekimov)박사에 의해 처음 발견됐습니다. QD는 다양하고 순도 높은 빛을 발광한다는 점과 화학적 특성이 우수하다는 점에서 디스플레이, 태양전지, 바이오 센서, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에 사용될 것으로 전망되고 있으며, 이 중에서 QD를 형광 물질 혹은 발광 물질로 사용해 디스플레이의 특성을 향상시키거나 디스플레이 자체로 활용하는 것을 QD디스플레이라고 합니다. QD가 독특한 점은 동일한 입자임에도 불구하고, 빛을 비추거나 전류를 공급했을 때 입자의 크기에…

지난 17일 서울 코엑스(강남구 삼성동)에서 ‘2017 한국디스플레이산업전시회(International Meeting on Information Display, IMID)’의 막이 올랐습니다. 한국디스플레이산업협회(KDIA) 주관 아래 매년 열리는 IMID는 올해로 9회째를 맞는 국내 최대 규모의 디스플레이 전문 전시회입니다. 150개사 350여 개 부스가 참가해 최첨단 디스플레이 기술과 전자∙IT 제품을 선보이는 이번 전시회에 삼성디스플레이는 98인치 8K 초고해상도 LCD를 비롯해 두께 4.9mm의 65인치 초슬림 커브드 LCD, 가상현실(VR), 차량용 OLED 등 최신 기술이 적용된 다양한 제품들을 전시했습니다. 디스플레이 산업의 미래를 조망할 수 있었던 화제의 현장, 삼성디스플레이 뉴스룸이 다녀왔습니다.   초대형·초고해상도·초슬림 LCD를 만나다 ‘IMID 2017’ 전시 현장에서 마주한 삼성디스플레이 부스는 최신 디스플레이 기술에 관심이 많은 관람객으로 북적였습니다. 다양한 제품 중에서도 관람객의 시선을 단번에 휘어잡은 제품은 생생한 화질의 98형 초대형 LCD TV입니다. ▲ 98형 8K 초고해상도·초대형 LCD 제품 이 제품은 8K (7680×4320) 초고해상도가 적용되었습니다. 초대형 화면에서 보여주는 뛰어난 화질이 눈앞에 화려하게 펼쳐집니다. TV는 화면이 커질수록 높은 해상도가 필요합니다. 일반적으로 75인치 이상 대형 TV는 시청거리 2.5미터를 기준으로 8K 이상의 해상도를 만족해야 눈으로 선명한 화질을 느낄 수 있습니다. 삼성디스플레이의 98형 LCD는 UHD(4K) TV 보다 4배 선명한 8K 해상도를 구현해 가까운 시청거리에서도 선명하게 화면을 감상할 수 있습니다. 새의 깃털 하나하나까지 섬세하고 또렷하게 표현하는 화질은 관람객들의 감탄사로 이어졌습니다. 다가오는 2018년 평창 동계올림픽과 2020년 도쿄 올림픽에서 8K 방송이 본격적으로 논의되고…