“이렇게 획기적일줄이야” 두께·무게 동시 해결…진짜 ‘AR 글라스’ 나왔다

- POSTECH 연구팀, 단일층 웨이브가이드로 한 장 안경알로 처리

메타격자 기반 AR 글라스 시제품과 실험 결과.[POSTECH 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 무겁고 두꺼워 오래 착용하기 어려운 AR 안경의 불편함을 일거에 해소했다.

AR 안경 상용화의 가장 큰 걸림돌은 ‘웨이브가이드(waveguide)’ 기술의 한계였다. AR 안경에서는 안경알이 렌즈 역할뿐 아니라 ‘빛의 고속도로’인 웨이브가이드 역할까지 수행한다. 따라서 이 ‘웨이브가이드’는 빛을 정해진 경로로 유도해 가상 이미지를 눈에 전달하는 핵심 부품이다. 그런데 기존 기술로는 빛의 색수차 문제 때문에 빨강, 초록, 파랑 빛을 각각 따로 처리해야 해 색상들을 위한 웨이브가이드를 따로 설계해야 했고, 그 결과 안경알이 여러 겹 쌓이면서 자연스레 안경이 무겁고 두꺼워졌다.

POSTECH(포항공과대학교) 노준석 교수팀은 모든 색상의 빛을 단 한 장의 안경알으로 처리할 수 있는 ‘무색수차 메타격자(Achromatic Metagrating)’ 기술을 개발했다. 이 기술의 핵심은 질화실리콘(Si3N4)으로 만든 나노미터(nm) 규모의 직사각형 기둥들이다. 연구팀은 확률적 위상 최적화 알고리즘을 사용해 이 나노 구조 하나하나가 빛을 가장 효율적으로 조절하도록 정밀하게 설계했다.

실험 결과, 두께가 500μm(마이크로미터)에 불과한 단일층 웨이브가이드로도 선명한 컬러 이미지를 구현하는 데 성공했다. 1μm는 머리카락 두께의 약 1/100 수준이다. 또한 사용자의 눈 위치가 조금 달라도 또렷한 영상을 볼 수 있도록 ‘아이박스(eyebox)1)’도 9mm로 확보해, 기존보다 편안하고 안정적인 AR 경험이 가능해졌다.

노준석 POSTECH 교수.[POSTECH 제공]

특히 이번 기술은 기존 AR 안경의 고질적인 문제였던 색 번짐 현상을 완전히 해소했으며, 밝기와 색 균일성 등 여러 면에서 기존보다 월등한 성능을 보였다. 연구팀의 기술이 상용화되면 일반 안경처럼 얇고 가벼운 AR 안경을 만드는 것도 가능해진다. 장시간 착용해도 부담이 적고, 제조 공정이 간소화되어 생산 비용까지 크게 줄일 수 있다. 결국, 누구나 부담 없이 사용할 수 있는 ‘일상 속 AR’의 시대가 한층 더 가까워진 셈이다.

노준석 교수는 “이번 연구는 차세대 AR 디스플레이 기술 발전의 중요한 이정표가 될 것”이라며, “향후 대면적 제조 기술과 결합한다면 상용화 가능성도 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다”라고 전했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 4월 30일 게재됐다.