인천대 조정완 교수, '초고해상도 AR·VR 디스플레이' 핵심 기술 개발…Nature Electronics 게재

나노 균열 제어 기반 '균열 보조 전사 인쇄(CATP)' 기술 세계 최초 제안
16,933 ppi 초고해상도 QD 픽셀 배열 및 친환경 비카드뮴(Cd-Free) 디스플레이 구현
IF 42.3 세계 최고 권위 학술지 수록…인천대 'INU SURE LAB' 연구지원 결실

인천대학교 전자공학부 조정완 교수/사진=인천대 홍보과 제공

증강현실(AR)과 가상현실(VR)용 마이크로 디스플레이 시장이 급성장하는 가운데, 국내 연구진이 기존 전사 인쇄 공정의 한계를 넘어선 초고해상도·대면적 퀀텀닷(QD) 디스플레이 제조 기술을 개발했다.

인천대학교(총장 이인재)는 전자공학부 조정완 교수가 제1저자로 참여한 연구 논문이 전기·전자공학 분야 최고 권위의 국제 학술지인 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 게재됐다고 29일 밝혔다.

이번 연구의 핵심은 무기물 콜로이드 퀀텀닷 발광다이오드(QD-LED)의 정밀 공정성 확보다. QD-LED는 뛰어난 색순도와 높은 광학 효율, 전기적 안정성 덕분에 차세대 디스플레이의 차세대 핵심 소재로 평가받아 왔다.

그러나 실제 산업 현장 적용에는 큰 걸림돌이 존재했다. 적·녹·청(RGB) 픽셀 간 색 혼입(Cross-contamination) 없이 미세 픽셀을 형성해야 할 뿐만 아니라, 단차가 존재하는 대면적 실제 기판에 기포 없이 균일하게 올려놓는 전사 기술이 부재했기 때문이다.

▲'나노 균열 제어'로 16,933 ppi 픽셀 배열…100%에 가까운 전사 수율 달성

조정완 교수 연구진은 퀀텀닷 입자 간 결합력을 나노 수준에서 정밀 제어하는 '균열 보조 전사 인쇄(CATP, Crack-Assisted Transfer Printing)' 기술을 새롭게 개발해 이 문제를 극복했다.

연구팀은 CATP 기술을 이용해 600 × 900 nm 크기의 미세 QD 픽셀을 16,933 ppi(인치당 픽셀 수)라는 초고해상도 밀도로 배열하고 전계발광을 구현하는 데 성공했다. 이는 인간의 눈으로 픽셀을 구별할 수 없는 수준을 넘어 초고화질 AR·VR 기기에 즉시 적용 가능한 수준이다.

또한, 공기 배출 유로를 갖춘 마이크로범프(Micro-bump) 스탬프를 도입해 전사 과정의 고질적 문제였던 기포 포집 현상을 해결했다. 이를 통해 1.5 μm 깊이의 화소 정의 뱅크가 형성된 실제 디스플레이 기판에서도 100%에 가까운 높은 전사 수율을 기록했다.

▲유럽 환경 규제 대응…인화인듐 기반 친환경(Cd-Free) 디스플레이 상용화 성큼

특히 연구팀은 독성이 있는 카드뮴을 배제하고 인화인듐(InP) 및 텔루르화아연셀레늄(ZnTeSe) 기반의 비카드뮴(Cd-Free) 퀀텀닷을 활용했다. 이를 통해 1.41인치 풀컬러 능동형 QD 디스플레이(341 ppi, sRGB 대비 124% 색재현율)를 안정적으로 구현했다.

글로벌 환경 규제 강화로 친환경 디스플레이 소재 전환이 시급한 상황에서, 비카드뮴 소재로 고효율·장수명 성능을 입증했다는 점은 향후 디스플레이 산업계의 큰 주목을 받을 전망이다. CATP 공정으로 제작된 적색 QD-LED는 최대 휘도 40,150 cd/m²와 최대 외부양자효율(EQE) 4.54%를 달성했으며, 높은 퀀텀닷 충진 밀도를 통해 누설 전류를 줄이고 구동 수명도 크게 늘렸다.

조정완 교수는 "CATP 기술은 나노 역학적 균열 제어를 전사 공정에 도입해 기존 패터닝의 기술적 한계를 극복한 새로운 패러다임"이라며 "친환경 QD 디스플레이는 물론 AR·VR용 마이크로 디스플레이, 플렉시블 및 웨어러블 디스플레이 등 차세대 첨단 기기의 제조 플랫폼으로 확산될 것"이라고 설명했다.

▲IF 42.3 분야 1위 저널 게재…교내 연구 인프라 지원 빛 발해

이번 연구 결과는 Nature Electronics 2026년 9월호에 공식 수록됐다. 해당 저널의 2025년 피인용지수(Impact Factor)는 42.3으로, 전기·전자공학(Engineering, Electrical & Electronic) 분야 세계 1위에 해당한다.

이번 연구 성과의 바탕에는 인천대학교 연구처의 체계적인 지원책이 있었다. 인천대는 'INU SURE LAB' 운영 및 자체 연구비, 교수 학술활동 경비 지원 등 연구중심 대학으로 도약하기 위한 맞춤형 프로그램을 가동하고 있다.

인천대 관계자는 "'지역에서 세계로 연결되는 연구혁신 플랫폼'이라는 비전 아래, 앞으로도 조정완 교수의 연구와 같은 세계 최고 수준의 학술 성과가 지속적으로 창출될 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것"이라고 밝혔다. 인천=주관철 기자