포항공과대학교(POSTECH) 노준석 교수 연구팀이 삼성전자 삼성리서치와 공동으로 얇은 렌즈 속 빛의 이동 경로를 정밀하게 제어해 밝은 야외에서도 문자와 영상을 선명하게 볼 수 있는 증강현실(AR) 안경 시제품이 국제학술지 ‘네이처’에 12일 게재됐다고 밝혔다.
AR 안경은 실제 풍경 위에 길 안내나 정보를 덧씌워 보여주는 기기로, 일상에서 쓰려면 얇고 가벼워야 하며 주변이 밝거나 눈의 위치가 달라져도 화면을 뚜렷이 확인할 수 있어야 한다.
하지만 기존에는 소형 디스플레이의 빛이 렌즈 내부를 지나는 과정에서 의도치 않게 빠져나가 화면이 어두워지고, 시야 범위를 넓히면 빛 손실이 커지는 한계가 있었다.
또한 빨강·초록·파랑 빛의 이동 방향과 전달 효율이 달라 색상이 고르게 표현되지 않는 문제도 있었다.
연구팀은 빛의 파장보다 작은 나노구조를 배열한 ‘메타표면’을 활용해 렌즈 내부의 빛 이동 경로 전체를 재설계했다. 도파관 안에서 불필요한 손실을 줄여 눈의 위치가 바뀌어도 밝은 영상을 유지하도록 했다.
색상별 전달 효율 차이를 극복하기 위해 두 층을 겹치는 구조를 도입해 한 층은 파랑과 초록을, 다른 층은 빨강과 초록을 주로 전달하도록 설계했다.
이렇게 제작된 1.5㎜ 두께의 도파관을 장착한 안경 시제품은 야외에서 흰색 문자를, 실내에서 컬러 영상을 실제 풍경 위에 구현하는 데 성공했다.
이번 성과는 얇은 광학 구조에서도 빛을 효율적으로 전달해 밝기를 확보할 수 있음을 입증했으며, 향후 안경형 웨어러블 기기의 전력 소모를 줄이는 데도 기여할 전망이다.
다만 상용화를 위해서는 산업계 요구 수준에 맞춰 평균휘도를 높이고, 현재 두 장인 도파관을 한 장으로 줄이면서 성능을 유지하는 후속 연구가 필요하다.
아울러 외부 빛이 미세구조를 만나 무지개처럼 번지는 현상을 해결하고, 밝은 야외에서 작은 글자의 시인성을 높이는 영상 품질 개선 과제도 남아 있다. 연구팀은 향후 무지개 번짐 개선과 대량생산 기술을 확보하는 동시에 인공지능(AI) 기반 맞춤형 영상 처리를 접목해 착용 편의성을 더욱 높여갈 계획이다.
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}
