한국연구재단, 마이크로 LED 한계 돌파할 초저전력 구동 기술 소개

[충청뉴스 이성현 기자] 차세대 마이크로 LED 디스플레이의 구조적 한계를 해결할 수 있는 독창적 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 고려대 전기전자공학부 김태근 교수 연구팀이 커패시터(전자소자)를 사용하지 않는 초저전력 능동매트릭스(AM) 구동 회로를 제안하고 실험적으로 구현하는 데 성공했다고 4일 밝혔다.

차세대 디스플레이 기술은 확장 현실(XR) 기기와 초소형 웨어러블 장치의 상용화가 가속되면서 더 높은 집적도와 낮은 전력 소모를 동시에 요구받고 있다.

그러나 마이크로 LED의 소형화로 인해 구동 소자의 면적 비중이 커지면서 개구율 저하·발열·전력 증가 등의 문제도 발생하고 있다.

특히 기존 AM 구동 회로는 트랜지스터의 안정성 저하와 커패시터의 자연 방전 문제로 복잡한 보상 회로가 필요해, 구조적 한계가 지속돼 왔다.

이에 연구팀은 트랜지스터와 커패시터를 하나의 멤리스터(memristor)로 대체한 ‘커패시터 프리(capacitor-free) AM 구동 회로’를 제안했다.

멤리스터는 전압·전류 변화에 따라 저항이 변하고 상태가 유지되는 비휘발성 소자로 연구팀은 이 특성을 활용해 커패시터 없이도 마이크로 LED의 밝기를 안정적으로 제어할 수 있음을 입증했다.

연구에 사용된 저마늄-텔루라이드(GeTe) 기반 멤리스터는 0.2V 이하 초저전력 구동과 10⁵초(약 28시간) 이상의 동작 안정성을 확보했다. 이를 기반으로 커패시터 없이도 동작하는 마이크로 LED AM 어레이를 제작, 픽셀 간 독립 제어와 초저전력 구동이 가능함을 확인했다.

김태근 교수는 “이번 연구는 수십 년간 유지돼 온 트랜지스터–커패시터 기반 AM 구동 회로의 한계를 넘어서는 새로운 패러다임을 제시했다”며 “멤리스터 하나로 두 소자를 대체함으로써 공정을 단순화하고, 저전력·소형화를 동시에 달성할 수 있다”고 말했다.

이어 “이 기술은 상보형 금속 산화막 반도체 공정에도 적용 가능해, AR 글라스·차량용 디스플레이·스마트 윈도우 등 차세대 초고효율 디스플레이의 핵심 솔루션으로 발전할 것”이라고 설명했다.