포항공과대학교(POSTECH) 노준석 교수 연구팀이 삼성전자 삼성리서치와 공동으로 밝은 야외에서도 선명하게 가상 정보를 확인할 수 있는 얇은 증강현실(AR) 안경용 광학 기술을 개발했다.

메타표면 도파로의 구성과 AR 안경 시제품. 상단은 소형 디스플레이와 두 개의 메타표면 도파로를 이용해 실제 풍경 위에 가상 영상을 겹쳐 보여주는 AR 안경의 개념도다. 하단 왼쪽은 제작한 AR 안경 시제품이며, 오른쪽은 적색/녹색 층과 청색/녹색 층 사이에 간격재를 배치한 도파로의 측면 모습이다. 두 층을 결합한 광학계의 전체 두께는 1.5 mm로, 얇은 구조에서 풀컬러 영상을 구현한다. (그림설명 및 그림제공 : 포항공과대학교 노준석 교수)

12일 과학기술정보통신부는 연구팀이 두께 1.5mm의 메타표면 도파관을 통해 빛의 손실을 획기적으로 줄여, 사용자의 눈 위치가 변해도 밝은 영상을 유지하는 기술을 구현했다고 밝혔다.

기존 AR 안경은 빛을 전달하는 과정에서 일부가 다른 방향으로 빠져나가 화면이 어두워지는 문제가 있었으며, 특히 눈의 움직임 범위를 넓힐수록 빛의 손실이 커지는 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 도파관 내 빛이 이동하는 전체 경로를 나노 단위에서 정밀하게 설계했다. 빛의 경로를 최적화함으로써 기존 구조에서 손실되던 빛을 영상 구현에 최대한 활용하도록 했다.

또한 청색과 녹색을 전달하는 층, 적색과 녹색을 전달하는 층을 결합하는 설계를 통해 색상별 빛 전달 효율 차이를 극복하고 자연스러운 풀컬러 영상을 구현하는 데 성공했다.

이 날 개발된 기술은 1.5mm 두께의 광학계로도 밝은 야외에서 흰색 문자를 또렷하게 보여주며, 실내에서는 풀컬러 영상을 실제 풍경과 겹쳐 선명하게 출력하는 성능을 입증했다.

이번 성과는 세계적 학술지 `네이처`에 게재되었으며, 향후 일상에서 편안하게 착용할 수 있는 AR 안경 상용화와 스마트 안경 인터페이스 발전에 기여할 것으로 기대된다.

노준석 교수는 `이번 연구는 렌즈 안에서 빛의 이동 경로를 정교하게 제어해 얇은 렌즈로도 야외에서 밝고 선명한 영상을 구현할 수 있음을 보여준 것`이라고 설명했다.

이어 노 교수는 `향후 빛에 의한 무지개 번짐 현상을 개선하고 대량생산 기술을 확보하는 한편, AI 기반 맞춤형 영상 처리와 연계해 일상에서 편안하게 쓰는 AR 안경으로 발전시켜 나갈 것`이라고 전했다.

과기정통부 김성수 연구개발정책실장은 `이번 성과는 빛의 성질을 이해하고 제어하는 기초연구가 차세대 디스플레이의 한계를 해결하는 원천기술로 이어진 사례`라고 평가했다.

한편 실용화를 위해서는 향후 외부 빛에 의한 간섭 현상 최소화, 대면적 제작 공정 확립, 영상 품질 고도화 등의 추가적인 연구가 진행될 예정이다.