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이승우/방준하 교수팀, 세계 최대 효율을 가지는 AR/VR 디스플레이용 회절 소자 구현
2024.09.10 Views 440
세계 최대 효율을 가지는 AR/VR 디스플레이용 회절 소자 구현
이승우/방준하 교수팀, Advanced Materials 논문 발표
AR/VR 디스플레이를 혁신할 수 있는 광학 소자 설계 및 대면적 제작 기술 개발
이승우/방준하 교수팀, Advanced Materials 논문 발표
AR/VR 디스플레이를 혁신할 수 있는 광학 소자 설계 및 대면적 제작 기술 개발
(좌측부터) 임용준 석박통합과정 (제1저자, 고려대학교), 홍승재 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 조용덕 박사후연구원 (공동저자, 고려대학교),
방준하 교수(교신저자, 고려대학교), 이승우 교수(교신저자, 고려대학교)
□ 고려대학교(총장 김동원) 이승우 교수팀(공과대학 융합에너지공학과/KU-KIST 융합대학원)은 방준하 교수팀(고려대학교 공과대학 화공생명공학과)과 함께 AR/VR 디스플레이를 혁신할 수 있는 광학 소자인 푸리에 광표면(Optical Fourier Surface, OFS)을 이론상 최대 회절 효율을 가지면서도 대면적으로 제작하는 방법을 개발하였다.
□ 이번 연구 결과는 한국시간 8월 13일 세계적 학술지 Advanced Materials (Impact Factor: 27.4)에 출판되었다.
- 저자 정보 : 임용준 석·박통합과정 (제1저자, 고려대학교), 홍승재 석·박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 조용덕 박사후연구원 (공동저자, 고려대학교), 방준하 (교신저자, 고려대학교), 이승우 (교신저자, 고려대학교) (총 5명)
- 논문명 : Fourier Surfaces Reaching Full-Color Diffraction Limits
- 논문게재지 : Advanced Materials
(2024년 08월 13일 online published, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202404540)
□ 최근 Apple 사의 Vision Pro가 출시되면서 건축, 교육, 게임, 국방 분야뿐 아니라 일상생활에서 사용 가능한 증강현실 및 가상현실 (AR/VR) 디스플레이가 다시 한번 주목받고 있다. 이러한 AR/VR 기술의 핵심소자로 사용되는 회절 광학 소자 중 푸리에 광표면은 광학적 손실을 최소화할 수 있는 광학 소자로 혁신적인 광학 장비에 활용하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.
□ 기존 푸리에 광표면은 가시광 영역에서의 높은 빛 흡수 및 낮은 광학 효율로 인해 직접적인 활용이 불가능하였다. 이승우 교수 연구팀은 가시광 전대역에서 투명하면서도 굴절률이 높은 물질에 푸리에 광표면을 빠르게 형성함으로써 기존 푸리에 광표면의 한계점을 세계 최초로 해결하였다. 연구 결과에 따르면, 해당 푸리에 광표면은 광학적 손실을 최소화함과 동시에 최대 회절 효율로 가시광 전체 영역에서 작동하기 때문에 혁신적인 광학 소자에 직접적인 응용이 가능하다.
□ 본 연구팀은 이러한 푸리에 광표면 제작에 프린팅 가능한 광학 시스템과 나노임프린팅 기술을 도입함으로써, 기존 제작방법으로 도달할 수 없었던 공정 수율을 달성하여 경제적인 측면에서 큰 이점을 가질 수 있음을 확인하였다. 해당 기술을 기반으로 디스플레이의 효율을 높이기 위한 마이크로렌즈 어레이(Microlens Array, MLA) 및 AR/VR 기술의 핵심소자인 인/아웃 커플러(in/out coupler) 광학 구조를 웨이퍼 크기 규모로 형성하여 이를 입증하였다. 더불어 평면이 아닌 곡면 기판에 푸리에 광표면을 형성하는 것에 성공하여 기술의 응용 분야를 확장하였다.
□ 이러한 혁신적인 기술은 TV를 포함하는 전통적인 디스플레이의 광 추출 효율을 높이거나 AR/VR 디스플레이와 같이 최첨단 광학 장비를 위한 효율적인 광학 소자로 사용될 수 있으며, 디스플레이 산업의 생산성을 높이는 것에 크게 기여할 전망이다.
[그림 1] 가시광 전대역에서 이론상 최대 회절 효율을 보이는 푸리에 광표면.
광학적 손실을 최소화할 수 있는 완벽한 정현파 형태의 회절 광학 소자인 푸리에 광표면은 가시광 대역에서의 높은 흡수와 낮은 광학 효율로 인해 혁신적인 광학 소자로 직접적인 활용이 불가능하였다. 본 연구팀은 이러한 한계점을 극복하는 가시광 전체 영역에서 이론상 최대 회절 효율을 가져 광학 특성이 개선된 광학 소자를 최초로 구현하였다.
[그림 2] 혁신적인 광학 소자 응용을 위해 대량 생산된 푸리에 광표면.
본 연구팀은 AR/VR 디스플레이를 포함한 혁신적인 광학 기기에 직접 적용할 수 있는 광학 구조를 대면적으로 빠르게 형성함으로써 기존 제작방법으로 도달할 수 없었던 공정 수율로 경제적인 이점을 가질 수 있음을 입증하였다. 더불어 곡면에도 광학 구조를 형성할 수 있음을 보여 그 응용 분야를 확장하였다.
본 연구팀은 AR/VR 디스플레이를 포함한 혁신적인 광학 기기에 직접 적용할 수 있는 광학 구조를 대면적으로 빠르게 형성함으로써 기존 제작방법으로 도달할 수 없었던 공정 수율로 경제적인 이점을 가질 수 있음을 입증하였다. 더불어 곡면에도 광학 구조를 형성할 수 있음을 보여 그 응용 분야를 확장하였다.
