'발광'해야 돈 된다…삼성·LG가 푹 빠진 '푸른빛'의 정체는

↑ [사진 출처 = 연합뉴스]

올해 전 세계 TV 시장에서 OLED의 존재감이 더욱 커질 것으로 보인다.
삼성전자가 퀀텀닷(QD) OLED TV로 시장 진출을 선언한 동시에 LG전자도 OLED.EX 패널을 탑재한 TV를 선보이면서 여느 때보다 화려한 라인업이 갖춰졌기 때문이다.
시장조사업체 옴디아도 올해 TV용 OLED는 패널 출하량이 작년보다 25% 늘어난 1000만대에 이를 것으로 분석했다.
여느 때보다 OLED가 주목을 받는 와중에 국내 OLED 연구자인 이준엽 성균관대 화학공학·고분자공학부 교수가 2월 '이달의과학기술인상' 수상자로 선정됐다.
이달의과학기술인상은 과학기술 발전에 공헌한 연구 개발자를 매달 1명 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는데, 이 교수는 OLED 연구의 대표 난제인 청색 발광 소자의 효율과 수명을 동시에 높이는 기술을 개발한 공로를 인정받았다.

◆ OLED에서 '청색'이 중요한 이유

LCD 패널은 백라이트유닛에서 나온 빛으로 색을 구현하는 반면 OLED는 개별 소자가 각각 전기 자극을 받아 각자 빛을 낸다.
이 때문에 OLED가 선명한 빛을 내려면 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 빛을 내는 소자가 필요하다.
적색과 녹색은 효율이 높고 수명이 긴 인광 재료가 개발돼 있지만, 청색 소자는 수명이 짧고 저효율인 형광 재료를 사용해 왔다. 청색 빛은 상대적으로 파장이 짧아 발광 에너지가 크기 때문에 소재가 에너지를 견디지 못하고 빨리 닳아 개발이 어려운 탓이다. 적색, 녹색 LED가 1969년 개발됐지만, 청색 LED는 뒤늦게 개발된 것도 비슷한 이유 때문이다.
지난해 4월 1일 세상을 떠난 아카사키 이사무 일본 메이조대 종신교수는 1989년 상용화할 만큼 효율이 높은 청색 LED 재료인 질화갈륨 결정을 만들어 2014년 노벨물리학상을 받았는데, 청색 소자 개발이 그만큼 쉽지 않다는 의미다
이 교수는 최현호 삼성종합기술원 상무와 공동연구를 통해 화합물질인 트리아진과 카바졸을 이용해 빛을 내는 과정에서 발생하는 광손실을 억제하고 소재 분해를 막는 새로운 청색 소자를 개발해 작년 2월 국제학술지 '네이처포토닉스'에 소개했다.
이 소자는 기존보다 효율이 2배, 수명은 3배 높아 성능이 세계 최고 수준이다. 당시 이 소자는 특허로 출원돼 원천 기술을 확보할 것으로 기대를 모았다.
이 교수는 당시 "청색 OLED 분야의 신기술을 선점하고 차세대 청색 소재 포트폴리오를 확장하는 데 기여해 시장 지배력을 공고히 할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

◆ 삼성도 푸른빛에 관심…네이처에도 연구 실어

퀀텀닷 소자에 주력하는 삼성도 청색 연구에 몰두하고 있다.
퀀텀닷은 수 나노미터(nm) 크기의 반도체 결정체로, 크기에 따라 내뿜는 빛의 파장이 바뀌어 색 조절에 용이하고, 따라서 색상이 뛰어난 패널을 만들 수 있다.
OLED 소자와 마찬가지로 효율이 높고 고에너지를 견딜 수 있는 청색 퀀텀닷을 개발하는 건 퀀텀닷 연구에 있어서 필수적이다.
장은주 삼성종합기술원 펠로우연구팀은 2020년 효율이 이론값에 가깝고 약 1만6000 시간 동안 안정적으로 발광하는 청색 퀀텀닷을 개발했다고 전했다.
적색과 녹색 퀀텀닷에 사용했던 물질인 인화인듐(InP) 대신 효율과 안정성을 확보할 수 있는 셀레늄화아연(ZnSe) 물질을 활용해 개발에 성공했다고 연구팀은 전했다.
이 연구는 2020년 10월 국제학술지 '네이처'에 실리면서 청색 소자 연구의 중요성을 각인시켰다..
현재 삼성전자의 QLED TV는 LCD처럼 발광원에 퀀텀닷 컬러필름을 이용해 색을 구현하는데 발광원으로 청색 빛을 쓴다.
청색 광원을 패널 뒤에 놓고 적색 퀀텀닷과 초록색 퀀텀닷 컬러필터를 부착하는 방식으로, 청색은 그냥 통과하고 적색과 녹색은 컬러필터에 통과시켜 삼원색을 구현한다.
청색 빛의 에너지가 높아 상대적으로 에너지가 낮은 적색과 녹색으로 전환하기 쉽기 때문에 가능한 일이다.
[김우현 매경닷컴 기자]