[뉴스웍스=문병도 기자] 지름 수십 나노미터(㎚, 1㎚는 10억분의 1m) 이하의 반도체 결정물질로 특이한 전기적·광학적 성질을 지니는 입자를 말한다.

1980년대 초 당시 미국 벨연구소 연구원이던 루이스 브루스 컬럼비아대 교수가 화학·물리학 저널에 작은 반도체 결정에 대해 발표했고, 마크 리드 예일대 교수가 이 반도체 결정을 퀀텀닷(양자점)이라고 불렀다.

워낙 작다 보니 양자역학적인 독특한 특성을 가진다.

예를 들어 태양전지에서는 입자(양자점)의 크기에 따라 단파장부터 장파장에 이르는 태양광을 흡수할 수 있어 기존 태양전지보다 더 넓은 영역의 태양광을 받아들일 수 있다.

퀀텀닷은 물질 종류의 변화 없이도 입자 크기별로 다른 길이의 빛 파장이 발생되어 다양한 색을 낼 수 있다. 기존 발광체보다 색 순도, 광 안정성 등이 높다는 장점이 있어 차세대 발광 소자로 주목받고 있다.

퀀텀닷은 스스로 빛을 낸다는 점에선 유기발광 다이오드(OLED)와 비슷하다. 하지만 화학적으로 합성된 무기물이기 때문에 유기물을 기반으로 OLED보다 가격이 저렴하고 수명도 길다.

OLED보다 색 재현성도 10% 이상 높아 LCD의 단점을 보완할 수 있다.

삼성전자와 LG전자등 TV메이커는 기술적 한계 탓에 그 동안 퀀텀닷 소재로 만든 필름을 LCD 패널에 덧대어 화질을 높였다. 퀀텀닷과 OLED를 접목한 QD-OLED를 올해 하반기부터 양산할 계획이다. 

퀀텀닷의 크기는 단백질 등 생체 분자와 비슷해 약물진단이나 바이오 소자로도 활용할 여지가 있다.

퀀텀닷 입자가 인체에 유해한 카드뮴이기 때문에 카드뮴 대체 물질을 개발해야 한다는 문제가 있었으나 2013년 국내 연구진이 카드뮴 없는 녹색 퀀텀닷 제작에 성공한 바 있다.

페로브스카이트 퀀텀닷(PQD)은 기존 소재 대비 색순도가 월등해 초고화질 구현에 유리하며 제작단가도 저렴하기 때문에 차세대 디스플레이 소재로 많은 주목을 받고 있다. 최근 한국생산기술연구원이 페로브스카이트 퀀텀닷의 표면구조와 소재 안정성 간의 관계를 세계 최초로 규명하고 대기 중에서도 높은 발광성능을 유지할 수 있는 제조기술 개발에 성공했다.

박경덕 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 교수와 정소희 성균관대 에너지과학과 교수 공동연구팀이 페로브스카이트 양자점 입자 하나가 내는 빛의 밝기와 파장을 자유자재로 조절하는 데 성공했다.