빛 유도하는 물결무늬 표면으로 AR디스플레이 제작속도 끌어 올렸다

2021.07.27 13:25
이승우 고려대 교수팀 푸리에 광표면 활용
푸리에 광표면을 적용한 증강현실(AR) 디스플레이의 모습. 고려대 제공
이승우 고려대 융합에너지공학과 교수와 방준하 화공생명공학과 교수 공동연구팀은 푸리에 광표면을 적용하면서도 제작은 빠르게 할 수 있는 증강현실(AR) 디스플레이를 개발했다. 고려대 제공

증강현실(AR)에 이용할 수 있는 디스플레이 핵심소재를 정확하면서도 빠르게 제작할 수 있는 기술이 개발됐다.

 

이승우 고려대 융합에너지공학과 교수와 방준하 화공생명공학과 교수 공동연구팀은 AR 렌즈에 쓰일 수 있는 ‘푸리에 광표면’을 정확하면서도 빠르게 대면적으로 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

 

구글 글래스, 마이크로소프트(MS) 홀로렌즈와 같은 AR용 ‘헤드마운트 디스플레이’는 안경 테에서 빛을 쏘아 내부 디스플레이에서 굴절시킨 다음 눈으로 전달한다. AR용 디스플레이는 투명하면서도 빛을 제한된 공간 내에서 꺾어서 전달하는 소자가 내부에 들어간다. 현재 AR 장비 디스플레이에는 회절 광학 소자(DOE)를 활용하는데 대규모 생산이 어렵고 수율도 낮아 AR 장비가 비싼 원인이 되고 있다.

 

연구팀은 원하는 파동 신호를 전달하는 '푸리에 광표면' 기술을 AR용 디스플레이에 적용했다. 푸리에 광표면은 사인파와 같은 물결 무늬로 표면을 만들어 빛의 이동을 유도한다. 반도체 공정을 적용해 도미노가 서있는 듯한 형태로 재작되는 DOE에 비해 빛의 굴절 정도가 정확하다. 이 교수는 “AR 기기는 안경대에서 나온 빛이 정확히 90도로 두 번 꺾여야 눈에 들어온다”며 “현재 AR 기기들은 90도로 정확하게 빛을 꺾지 못해 ‘고스트 이미지’가 발생하는 경우가 많다”고 말했다.

 

고려대 제공
연구팀이 제작한 푸리에 광표면의 모습. 물결무늬가 나타나는 것을 볼 수 있다. 이를 이용한 디스플레이로 띄운 AR 영상의 모습. 고려대 제공

연구팀이 개발한 새 디스플레이 소재는 DOE를 제작하는 데 쓰이는 반도체 공정보다 빠른 생산이 가능하다. 연구팀은 빛에 반응하는 물질을 이용해 빛을 일정 패턴으로 쏘아 물질이 모이게 한 뒤 이를 굳히는 방식으로 물결 모양의 푸리에 광표면을 구현했다. 이 교수는 “수율은 시간당 얼마나 많은 면적을 만들 수 있느냐로 정해지는데 이번에 개발한 기술은 기존 기술보다 최대 10만 배 수율이 높다”고 설명했다.

 

이 교수는 “홀로렌즈나 구글 글래스 같은 증강현실 디스플레이의 생산성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대되고 이러한 광학 장치의 큰 문제점인 노이즈 발생을 대폭 줄인 디스플레이 개발이 가능할 전망이다”며 “AR 기기의 가격을 10만 원대로 줄이는 것도 가능할 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 18일 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 게재됐다.

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