
삼성전자, 친환경 퀀텀닷 특허 총 288건 출원 … 2029년 상용화
QLED(Quantum Dot Light Emitting Diode)는 카드뮴 프리 상용화 경쟁이 심화될 것으로 예상된다.
QLED는 LCD(Liquid Crystral Display)처럼 포토리소그래피를 이용하기 때문에 저코스트 생산이 가능하면서 OLED(Organic Light Emitting Diode)와 같이 자발광해 고휘도‧광색역‧고명암비를 모두 갖춘 것이 특징이다.
전체 구조는 양극과 음극 사이에 전자수송층과 정공수송층을 배치해 OLED와 유사하나 발광 층에 퀀텀닷 소재를 사용하고 주입된 전자·정공 등 캐리어가 발광층에서 재결합하면서 발광하는 방식에 차이가 있다.
퀀텀닷은 10나노미터 이하로 매우 작으며, 크기를 변경하는 것만으로 발광 스펙트럼을 자유롭게 조정할 수 있어 작게 만들수록 단파장인 청색이, 크게 만들수록 장파장인 적색이 발광된다.
이에 따라 디스플레이로 제조했을 때 색 재현 영역이 넓어지고 높은 발광효율을 얻을 수 있어 고휘도화가 가능한 것으로 평가된다.
글로벌 QLED 시장은 2022년 40억달러에서 연평균 12.4% 성장해 2030년 101억8000만달러에 달할 것으로 전망되며 대형 패널을 중심으로는 현재 국내 디스플레이 관련기업들이 선점하고 있다.
삼성디스플레이는 QD-OLED 패널을 개발해 55인치, 65인치, 77인치 TV용으로 공급하고 있으며, 삼성전자는 2017년 QLED TV를 출시해 2023년까지 7년 동안 판매량 4400만대를 기록했다.
삼성전자는 2023년 QLED TV를 포함해 글로벌 TV 시장점유율 30.1%로 1위를 달성했으며, 특히 프리미엄 TV 점유율은 60.5%로 전년대비 12.2%포인트 상승했고 75인치 이상 TV 역시 33.9%, 98인치 이상 TV도 30.4%로 1위를 차지하는 등 초대형 시장에서 강세를 나타내고 있다.
그러나 소형‧중형 디스플레이 시장에서는 일본, 중국과의 경쟁이 예상된다.
일본 샤프(Sharp)는 현재까지 12.3인치 소형 퀀텀닷 나노 LED(QDEL: QD Electroluminescent) 개발에 성공하고 2023년 30인치 시험생산까지 완료함으로써 2025-2026년 시장 진출 계획을 구체화하고 있다.
QDEL은 자발광 퀀텀닷 소자를 사용한 것으로 LCD TV에 퀀텀닷 소자를 입힌 삼성디스플레이의 QD-OLED의 다음 단계인 진정한 QLED 디스플레이로 주목받고 있다.
중국 BOE, TCL 등은 2027년 말부터 본격적인 영향력 확대에 나설 계획이다.
반면, 삼성디스플레이는 2023년 12월부터 31.5인치 사양으로 PC 모니터 패널 양산에 돌입했으나 30인치 이하 소형 디스플레이 분야에서는 아직 QLED로 두각을 나타내지 못하고 있다.
특히, 삼성디스플레이 QD-OLED 패널은 기존 OLED에 비해 잔상이 남는 번인 현상에 취약하다는 평을 받고 있어 기술 개선이 요구되고 있다.
번인 현상은 QLED의 RGB(적‧녹‧청) 중 청색 수명이 불충분하기 때문에 발생하는 것으로 추정되며 2024년 새로운 청색 소재가 공개될 것이라는 풍문이 있어 삼성디스플레이를 포함해 QLED 관련기업들의 관심이 집중되고 있다.
QLED 퀀텀닷 소재로 주로 사용되는 카드뮴이 많은 국가의 환경규제 대상이라는 점에서 카드뮴 프리 QLED 개발이 요구되고 있다.
현재도 카드뮴 프리 QLED는 생산 가능한 상태이고 샤프가 나노 LED 디스플레이 명칭으로 카드뮴 프리를 실현했으나 30인치까지만 성공했고 카드뮴이 디스플레이 효율과 휘도, 수명에 큰 영향을 미치기 때문에 QLED가 주로 사용되는 대형 패널에는 적용이 어려운 것으로 평가된다.
삼성전자와 삼성디스플레이도 카드뮴 프리 QLED 개발을 위해 기술 개발을 가속화하고 있으며 2029년경 상용화가 가능할 것으로 예상되고 있다.
특허청에 따르면, 2012-2021년 고효율 친환경(카드뮴 프리) 청색 퀀텀닷 특허 출원건수는 글로벌 기준으로 연평균 27.8% 증가한 가운데 국내 증가율은 51.3%에 달했다.
출원량 기준으로는 세계 전체 881건 가운데 국내 출원량이 419건으로 1위를 차지했으며, 특히 삼성전자가 288건으로 가장 많은 출원량을 기록했다. 삼성디스플레이는 36건이었으며 홍익대, 동우화인켐 등도 10위 안에 이름을 올린 것으로 알려졌다.
특허 등록량 역시 삼성전자가 123건으로 점유율 29.7%에 1위를 기록했고 중국 TCL 67건, 미국 나노시스(Nanosys) 41건, 홍익대 10건, 삼성디스플레이 9건, 동우화인켐 9건, 울산과학기술원 7건이 뒤를 이었다. (강윤화 책임기자)