고려대, 홀로렌즈/구글 글래스를 혁신할 수 있는 광학 소재 개발

▲ 저자정보. (좌측 상단부터) 임용준 석박통합과정 (제1저자), 강병수 연구교수 (공동 제1저자), 홍승재 석박통합과정 (공동 제1저자), 손희주 석박통합과정 (공동 제1저자), 임은지 석박통합과정 (공동저자), 방준하 교수 (교신저자), 이승우 교수 (교신저자) (사진=고려대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 고려대학교(총장 정진택) 이승우 교수팀(KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과)은 방준하 교수팀(공과대학 화공생명공학과)과 함께 증강현실 디스플레이의 핵심 소재인 ‘푸리에 광표면(optical Fourier suraces, OFS)’을 가장 정확하면서도 빠르게 대면적으로 제작할 수 있는 방법을 개발했다. 연구 결과는 7월 18일(한국시간) 세계적 학술지 「Advanced Functional Materials」(IF:18.808)에 실렸다.

푸리에 광표면은 원하는 파동 신호를 출력할 수 있는 표면 패턴으로, 회절 광학에서부터 증강 현실 기술에 이르기까지 다양한 응용이 가능하다. 특히 최근 전 세계적으로 수요가 높아진 증강현실 디스플레이의 핵심 소재 중 하나로 주목받고 있다.

최근 마이크로소프트사에서는 증강현실용 웨어러블 안경인 ‘MS 홀로렌즈2’를 발매했다. 2016년부터 출시되기 시작한 홀로렌즈는 가상 세계와 현실 세계를 합쳐 실시간으로 상호작용할 수 있으며 건축, 교육, 게임, 국방 등 많은 분야에서의 적용이 가능하다. 그러나 홀로렌즈와 같은 증강현실 디스플레이의 인/아웃 커플러(in/out-coupler)로 사용되는 회절 광학 소자(diffraction optical elements, DOE)는 대규모 생산이 어렵고 수율이 낮아 증강현실 디스플레이의 가격 면에서 합리적이지 못하다. 또한, 리소그래피 기반의 생산 방법으로 인해 푸리에 스펙트럼과 호환되지 않는 디지털화된 이진법 푸리에 광표면이 생성되기 때문에 디스플레이의 불가피한 광학 손실을 초래한다.

이승우 교수팀은 푸리에 스펙트럼에 높은 호환성을 가지는 정현파로 이루어진 보다 완벽한 형태의 푸리에 광표면을 구현하여 광학적 손실이 적은 회절 광학 소자를 제작했다. 연구팀에서 제시한 기술은 기존 리소그래피 공정보다 빠르고 넓은 면적에 제작할 수 있어 경제적인 측면에서 큰 이점을 가진다. 이 기술을 기반으로 도파관 타입(waveguide-type)의 유연한 디스플레이 소자를 제작하여 실제 증강현실 디스플레이로 사용할 수 있음을 보였다.

해당 기술은 홀로렌즈나 구글 글래스와 같은 증강현실 디스플레이의 생산성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 이러한 광학 장치의 큰 문제점인 노이즈 발생을 대폭 줄인 디스플레이 개발이 가능할 전망이다.

※ 논문정보
- 저자정보 : 임용준 석박통합과정 (제1저자, 고려대학교), 강병수 연구교수 (공동 제1저자, 고려대학교), 홍승재 석박통합과정 (공동 제1저자, 고려대학교), 손희주 석박통합과정 (공동 제1저자, 고려대학교), 임은지 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 방준하 (교신저자, 고려대학교), 이승우 (교신저자, 고려대학교) (총 7명)
- 논문명 : A Field Guide to Azopolymeric Optical Fourier Surfaces and Augmented Reality
- 논문게재지 : Advanced Functional Materials (2021년 07월 18일 online published)

▲ 정현파로 이루어진 보다 완벽한 형태의 대면적 푸리에 광표면 및 이로부터 재생된 홀로그램 이미지단시간에 대면적으로 완벽한 푸리에 광표면을 제작하였으며, 이로부터 depth-crimination 효과를 가진 홀로그램 이미지들을 재생시키는데 성공하였다.

▲ 완벽한 푸리에 광표면으로 이루어진 유연한 소재의 증강현실 디스플레이연구에서 제시한 푸리에 광표면을 기반으로 도파관 타입(waveguide-type)의 증강현실 디스플레이의 핵심소자인 인/아웃 커플러(in/out coupler)를 제작하였다. (이미지=고려대)