QD 화질의 비밀 빛의 삼원색 RGB

컴퓨터를 넘어 스마트폰까지 널리 개인보급 되어있는 요즘 RGB는 이제 전공자가 아닌 모두가 아는 약자가 되었습니다. 

Red, Green, Blue의 첫 글자를 딴 RGB, 바로 빛의 삼원색을 나타내는데요, 적, 녹, 청색을 모두 합하면 밝은 흰색, 즉 White를 나타내게 됩니다.

적색 녹색 청색의 혼합 비율을 달리하면 우리가 일상에서 인지하는 대부분의 색을 모두 표현할 수 있게 되는 것이죠.

그럼 양자점, QD의 대표적인 장점으로 색 표현력이 좋다고 했는데, 오늘은 과연 어떤 원리로 색표현력이 좋은지 알아보도록 하겠습니다.

QD 양자점 화질의 비밀

빛과 에너지

먼저 빛과 에너지의 개념부터 간략히 설명해드리도록 하겠습니다. 

우리가 눈으로 보는 빛은 모두 에너지를 가지고 있기때문에 색이 다른 빛을 에너지가 다른 빛이라고 이해할 수 있습니다. 

가령 어릴때부터 우리는 비가 온 뒤 하늘에 뜨는 무지개를 빨주노초파남보 7색으로 구분지었는데, 사실은 이 색이 모두 다른 에너지를 가지고 있습니다.

이 에너지가 다른 빛들은 서로 다른 굴절률을 가지고 있기 때문에, 백색광에 혼합되어 있던 모든 색의 모든 에너지의 빛이 비가온 뒤 대기중의 수증기 물방울들을 통과하면서 서로 갈라지게 되고 이로써 우리 눈에는 다른 색들이 펼쳐져 보이게 됩니다.

같은 원리로 프리즘에 백색광을 통과시켜보면 조금 더 가까이서 명확하게 다른 색의 빛을 관찰할 수 있습니다.

각각의 색은 에너지가 각기 다른만큼 각각의 고유의 파장을 가지고 있는데, 보통의 사람 눈에 보이는 파장은 약 380nm~700nm수준으로, 7가지 색 또한 해당 범위 내의 파장을 가지고 있습니다.

예를 들면 7색 중 3색을 뽑아보면, 빨간색은 장파장 즉 700nm 수준, 초록색은 500nm수준, 파랑색은 400nm수준 정도 됩니다.

파장이 짧을수록 그 빛이 가지고 있는 에너지는 오히려 높은데요, 따라서 R,G,B에서는 B, 즉 청색광이 가장 높은 에너지를 갖습니다.

여담이지만 이때문에 요즘 Blue 라이트를 차단해야 안구건강에 좋다는 이유로 여러 제품들에서 블루라이트를 억제하고 있습니다.

추가적인 여담으로는, 적외서는 적색 이상의 파장을 가진 빛을 말하며 이는 결국 에너지 측면에서는 더 장파장으로 에너지가 낮은 빛이고, UV는 울트라 바이올렛, 즉 보라색보다 더 에너지가 높은 빛으로 가시광보다 더 짧은 파장의 빛들을 말합니다.

위의 블루라이트보다도 더 강력한 에너지를 가진 빛이 UV이므로, UV를 오래 접하면 우리는 더 강한빛에 노출되는 것이므로 건강에는 더 좋지 않다는 것을 쉽게 이해할 수 있습니다.

QD 화질의 비밀

색표현력 또는 색재현력이 좋은 QD에 대해 설명에 앞서 빛과 에너지를 살펴보았습니다.

앞서 말씀드린 것처럼 각각의 색상을 가진 빛은 각각의 고유한 파장, 즉 에너지를 가지고 있다고 말씀드렸습니다.

반도체 소재가 발광, 즉 빛을 내는 원리도 이와 같습니다. 결국은 특정 반도체 소재에서 얼마만큼의 에너지를 방출하느냐에 따라 그 반도체 소재가 나타내는 빛의 색이 달라지게 되는 것이죠.

그런데 여기서 일반적인 반도체 소재와 QD의 차이점이 발생하게 됩니다.

일반적인 반도체 소재는 주로 에너지 밴드라고 하는 에너지 영역이 존재하는 반면 QD, 즉 양자점은 양자화 된 에너지 상태가 존재합니다.

말이 좀 어려워서 쉽게 이해하기 어려울 수 있습니다. 아래 그림을 예로 보시겠습니다.

반도체 에너지 밴드와 양자점 에너지 상태

그림에 나타난 것처럼 일반적인 반도체 소재의 경우 반도체 소재 내에서 전자가 위치할 수 있는 에너지의 크기가 여러가지입니다. 

이 전자가 위에서 아래로 내려오게 되면, 내려온 만큼의 에너지를 빛으로 방출하게 되는데, 결국 여러가지 에너지를 가진 여러 전자들이 아래로 내려오면서 여러가지 범위의 빛을 방출하게 됩니다.

예를 들면 붉은색 빛을 내는 반도체 소재는 이상적으로 700nm의 빛만 내보내면 좋겠지만, 실제로 이 반도체 소재에서 나오는 빛은 700nm 도 나오고, 720nm 도 나오고 712nm도 나오고 680nm도 나올 수 있다는 것입니다.

물론 확률적으로는 700nm의 빛이 가장 많이 나오도록 설계되어 있어 붉은 색 빛을 내는 소재가 청색 빛을 내는 것 처럼 보이지는 않겠지만, 아무래도 온전한 700nm만을 내보내는 빛본다는 조금 혼탁한 붉은색을 띄게 됩니다.

반면 QD의 경우 지난 글에서 말씀드린 '양자구속효과'에 의해 전자가 위치할 수 있는 에너지 상태가 정해져있고, 이 정해진 위치에서 정해진 아래 위치로 내려오는 전자들만 많기 때문에 발광하는 빛 또한 일반적인 반도체 소재들과는 달리 700nm의 빛만 방출하게 됩니다.

이는 결국 QD는 더 깔끔한 색의 빛을 내게 된다는 말이고, 이를 통해 더 정확한 색상을 표현하는 TV를 만들 수 있게 되는 것입니다.

 

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