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포스텍·삼성, 두께 1.5㎜ 초박막 AR 안경 렌즈 개발…햇빛 아래서도 선명
뉴스보이
2026.11.12. 01:01
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2026.11.12. 01:01
메타표면 기술 기반 빛 손실 개선과 상용화 과제
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포스텍 노준석 교수 연구팀과 삼성리서치가 렌즈 두께를 기존 3분의 1인 1.5㎜로 줄인 초박막 AR 안경 광학 기술을 개발함.
2
나노구조체 메타표면 도파관 층 2개를 결합해 빛 손실을 줄이고 색상 왜곡 문제를 완화함.
3
제작된 시제품은 강한 햇빛이 비치는 야외에서 흰색 글자를 선명히 띄우고 실내에서 컬러 영상을 구현함.
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또한 대각 시야각 30도와 아이박스를 확보하며 백색광 휘도 효율이 평균 1938nits lm을 기록함.
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향후 상용화를 위해 무지개 번짐 현상을 개선하고 도파관 단일화 및 대량생산 공정을 확보할 계획임.
AR 안경을 가볍고 밝게 만드는 메타표면 기술
기존 AR 안경은 왜 두껍고 야외에서 어두웠을까
1.5㎜ 두께로 빛 손실을 줄인 메타표면의 원리
일상 속 안경으로 출시되기 위한 과제
기존 AR 안경은 왜 두껍고 야외에서 어두웠을까
•
기존 증강현실 안경은 색상을 보정하기 위해 유리 기판을 여러 장 겹쳐 제작하여 렌즈 두께가 두껍고 무거웠습니다. 여기에 빛을 전달하는 과정에서 대부분의 빛이 밖으로 빠져나가 야외 햇빛 아래에서는 화면이 어둡게 보였습니다.
•
기존 회절 격자 방식은 빛을 눈으로 보내는 과정에서 심한 손실이 생겨 실제 눈에 도달하는 빛의 비율이 5% 미만에 그쳤습니다. 야외에서 화면을 보기 위해 디스플레이 출력을 무리하게 높이면 배터리가 빨리 닳고 열이 발생하는 한계가 있었습니다.
1.5㎜ 두께로 빛 손실을 줄인 메타표면의 원리
•
연구팀은 빛의 파장보다 작은 나노 구조물을 렌즈 표면에 정밀하게 배열해 빛의 경로와 위상을 정밀하게 조절했습니다. 이를 통해 불필요한 빛 손실을 대폭 줄이면서 렌즈 총두께를 기존 상용 제품의 3분의 1 수준인 1.5밀리미터로 구현했습니다.
•
선명한 컬러 영상을 구현하기 위해 파랑과 초록빛을 전달하는 층과 빨강과 초록빛을 전달하는 두 도파관 층을 결합했습니다. 각 층마다 질화규소 기반 나노 구조를 다르게 설계하여 색상별 빛 전달 효율 차이와 왜곡 현상을 완화했습니다.
•
제작된 시제품은 대각 시야각 30도와 함께 눈을 움직여도 화면을 볼 수 있는 관찰 영역을 확보했습니다. 높은 백색광 휘도 효율을 달성하여 강한 햇빛이 비치는 야외에서도 실제 풍경 위에 흰색 문자를 또렷하게 표시했습니다.
일상 속 안경으로 출시되기 위한 과제
•
시제품을 넘어 실제 일상용 안경으로 상용화되려면 야외 자연광이 미세 구조에 닿아 발생하는 무지개 번짐 현상을 개선해야 합니다. 또한 화면 영역별 색상과 밝기를 균일하게 맞추고 현재 2장인 도파관 층을 1장으로 줄여 구조를 단순화해야 합니다.
•
연구팀은 도장을 찍듯이 나노 패턴을 빠르게 전사하는 대면적 나노임프린트 공정을 적용해 렌즈 제조 비용을 낮출 계획입니다. 이러한 생산 공정을 안정적으로 확립해 향후 3년 안에 메타표면이 적용된 증강현실 안경을 출시하는 것을 목표로 삼고 있습니다.
기존 AR 안경은 왜 두껍고 야외에서 어두웠을까
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기존 증강현실 안경은 색상을 보정하기 위해 유리 기판을 여러 장 겹쳐 제작하여 렌즈 두께가 두껍고 무거웠습니다. 여기에 빛을 전달하는 과정에서 대부분의 빛이 밖으로 빠져나가 야외 햇빛 아래에서는 화면이 어둡게 보였습니다.
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기존 회절 격자 방식은 빛을 눈으로 보내는 과정에서 심한 손실이 생겨 실제 눈에 도달하는 빛의 비율이 5% 미만에 그쳤습니다. 야외에서 화면을 보기 위해 디스플레이 출력을 무리하게 높이면 배터리가 빨리 닳고 열이 발생하는 한계가 있었습니다.
1.5㎜ 두께로 빛 손실을 줄인 메타표면의 원리
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연구팀은 빛의 파장보다 작은 나노 구조물을 렌즈 표면에 정밀하게 배열해 빛의 경로와 위상을 정밀하게 조절했습니다. 이를 통해 불필요한 빛 손실을 대폭 줄이면서 렌즈 총두께를 기존 상용 제품의 3분의 1 수준인 1.5밀리미터로 구현했습니다.
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선명한 컬러 영상을 구현하기 위해 파랑과 초록빛을 전달하는 층과 빨강과 초록빛을 전달하는 두 도파관 층을 결합했습니다. 각 층마다 질화규소 기반 나노 구조를 다르게 설계하여 색상별 빛 전달 효율 차이와 왜곡 현상을 완화했습니다.
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제작된 시제품은 대각 시야각 30도와 함께 눈을 움직여도 화면을 볼 수 있는 관찰 영역을 확보했습니다. 높은 백색광 휘도 효율을 달성하여 강한 햇빛이 비치는 야외에서도 실제 풍경 위에 흰색 문자를 또렷하게 표시했습니다.
일상 속 안경으로 출시되기 위한 과제
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시제품을 넘어 실제 일상용 안경으로 상용화되려면 야외 자연광이 미세 구조에 닿아 발생하는 무지개 번짐 현상을 개선해야 합니다. 또한 화면 영역별 색상과 밝기를 균일하게 맞추고 현재 2장인 도파관 층을 1장으로 줄여 구조를 단순화해야 합니다.
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연구팀은 도장을 찍듯이 나노 패턴을 빠르게 전사하는 대면적 나노임프린트 공정을 적용해 렌즈 제조 비용을 낮출 계획입니다. 이러한 생산 공정을 안정적으로 확립해 향후 3년 안에 메타표면이 적용된 증강현실 안경을 출시하는 것을 목표로 삼고 있습니다.
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#메타표면
