▲ 기존 AM 구동 회로와 멤리스터 기반 커패시터 프리 AM 구동회로 비교 모식도 / 본 그림은 제안하는 멤리스터 기반의 12×12 마이크로 LED 어레이 모식도이다. 특히 전사 공정 없이 LED 웨이퍼 위에서 디스플레이 구현이 가능하다는 것을 보여준다. 또한, 우측의 그림은 기존의 구조에서 TFT 및 커패시터를 멤리스터로 대체하는 구조를 보여주며, 더 적은 구동부 면적을 차지하는 것을 시각적으로 보여주게 된다.(그림 및 설명=고려대학교 김태근 교수, Copyright 2025, IOP Publishing)  © 특허뉴스

차세대 마이크로 LED 디스플레이가 가진 구조적 한계를 극복할 새로운 돌파구가 열렸다.

고려대학교 전기전자공학부 김태근 교수 연구팀이 커패시터(capacitor)를 완전히 제거하고 ‘멤리스터(memristor)’ 하나로 구동이 가능한 초저전력 능동매트릭스(AM) 회로를 구현해, 차세대 초소형·고효율 디스플레이 개발의 새로운 패러다임을 제시했다.

한국연구재단은 이번 연구 결과가 국제학술지 'International Journal of Extreme Manufacturing'(2025년 10월 31일자)에 게재됐다고 밝혔다.

“커패시터 없는 능동매트릭스”... 초소형·저전력의 새 시대

최근 확장현실(XR) 기기, 초소형 웨어러블, 차량용 디스플레이 등에서는 더 작고, 더 밝고, 더 적은 전력을 쓰는 디스플레이 기술이 요구되고 있다.

그러나 기존의 마이크로 LED 구동 방식은 박막 트랜지스터(TFT)와 커패시터가 각 화소마다 필요해, 소자가 작아질수록 전류 손실과 발열, 개구율 저하 등 구조적 한계가 컸다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 트랜지스터와 커패시터를 하나의 멤리스터로 통합한 ‘커패시터 프리(capacitor-free)’ 구동 구조를 고안했다.

멤리스터는 전압과 전류의 변화에 따라 저항이 변하고 그 상태가 유지되는 비휘발성 소자로, 기존 커패시터처럼 전하를 저장하지 않아도 밝기 조절이 가능하다.

0.2V 초저전력·28시간 안정 구동... 구조 단순화·효율 극대화

김 교수팀은 저마늄-텔루라이드(GeTe) 기반 멤리스터를 활용해 0.2V 이하 초저전력 구동과 10⁵초(약 28시간) 이상 안정 동작을 확보했다.

이를 바탕으로 커패시터 없는 마이크로 LED 능동매트릭스 어레이를 제작, 픽셀 간 독립 제어와 고효율 발광을 실증했다.

“트랜지스터–커패시터 구조의 종말”... 디스플레이 설계 패러다임 전환

김태근 교수는 “이번 연구는 수십 년간 이어져 온 트랜지스터–커패시터 기반 AM 회로 구조의 한계를 완전히 뛰어넘은 성과”라며, “멤리스터 하나로 두 소자의 기능을 대체함으로써 제조 공정을 단순화하고 초저전력·초소형화라는 차세대 디스플레이 핵심 요건을 충족시켰다”고 말했다.

또한 “본 기술은 CMOS(상보형 금속 산화막 반도체) 공정에도 적용 가능해, AR 글라스·차량용 디스플레이·스마트 윈도우 등 초고효율 디스플레이 산업의 핵심 솔루션으로 발전할 것”이라고 전망했다.

논문명은 Monolithic Integration of Sub-volt Memristor-driven Pixels for Capacitorless Active-Matrix Micro-LED Displays이다.