전기전자 착용형 디스플레이를 위한 레이저 결합기

2014.10.30 16:18

착용형 디스플레이를 위한 레이저 결합기 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014101096&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-10-29

겨우 쌀 알갱이 정도의 크기를 가진 레이저 빔 결합기 덕분에 착용형 컴퓨터 시스템의 레이저주사 디스플레이를 실현할 수 있게 되었다. 이 새로운 장치는 일본 후쿠이대(University of Fukui) 연구팀에 의해 개발되었다. 이 장치는 컴퓨터로 발생된 시각 데이터를 사용자의 시야에 겹쳐주는 스마트 안경과 같은 전자장치를 통해서 손대지 않고도 정보에 대한 즉각적인 접근을 가능하게 해 줄 것이다.

빔 결합기는 RGB 광 입력을 위한 3개의 광도파로와 3개의 방향성 결합기들로 구성되어 있다. 이 결합기는 한 도파로에서 나머지 도파로로 빛을 스위칭하고 교환할 수 있기 때문에, 결합된 출력 광이 중앙 도파로에서 나올 수 있다고 연구진은 말했다. 녹색 빛은 직선으로 뻗어 있는 중앙 도파로로부터 이 장치로 들어간다. 양쪽에 있는 2개의 구부러진 도파로들로는 청색과 적색 빛이 들어온다. 이 세 개의 방향성 결합기들의 순서가 결정적으로 중요하게 생각되는 이유는, 이 순서가 높은 출력 효율을 얻는 유일한 구조였기 때문이다. 개별적인 RGB 빛 신호들은 중앙 출력 도파로에서 함께 결합되고, 평균 출력 광 전력은 입력광의 96퍼센트에 도달했다. 연구진이 사각 단면 도파로를 사용하였을 때에 출력 광 전력의 편광의존성은 나타나지 않았다. 부수적으로, “이 레이저 결합기는 레이저 광원의 파장 편차에 관해서도 견고하다”고 연구진은 말했다.

각각의 RGB 광에 대한 출력 광 전력의 파장 의존성은 ±10nm의 파장편차에 대해 85퍼센트 정도로 유지되었다고 연구진은 말했다. 이것은 파장편차에 대한 이 시스템의 오차허용도가 높다는 것을 증명한다. 원래 연구팀은 0.06 × 7.8mm 크기의 실리콘 기판 위에서 마이크로제조 기술을 이용하여 레이저 결합기의 프로토타입을 제작했으며, 이것은 일반적인 거울 형태의 장치보다 10배 정도 더 작다는 것을 발견했다.

이 결합기가 소형 착용형 프로젝터나 다른 유사 디스플레이에 사용된다면, LCD나 레이저 영상 디스플레들보다는 더욱 효율적일 것이다. LCD는 이용자의 눈에 영상을 집속시키기 위해서 추가적인 정밀 렌즈 시스템을 필요로 하기 때문에 도전적일 수 있다고 연구진은 말했다. 다중화기와 빔 스캐너를 모두 포함하는 레이저 영상 디스플레이는 RGB 빛을 방출할 수 있고 영상이 레이저 빔의 주사에 의해 얻어질 수 있기 때문에 렌즈 집속기능을 필요로 하지 않는다. 하지만, RGB 레이저 빔을 결합시키기 위해서는 복잡한 렌즈와 거울 디스플레이 시스템이 요구되기 때문에, 그와 같은 소형 디스플레이를 실현하는 일은 어렵다고 연구진은 말했다.

이 소형 레이저 결합기가 응용될 수 있는 다른 분야로는 증강현실 착용형 컴퓨터이다. 후쿠이 팀의 다음 계획은 실리콘 기판 플랫폼 위에 RGB 반도체 레이저 칩들을 가진 방향성결합기(DC) 형태의 결합기를 이용하여 레이저 프로젝션용의 극소형 광학 엔진을 개발하는 것이다. 이번 연구는 ‘SPIE Newsroom’에서 온라인으로 발표되었다(doi: 10.1117/2.1201410.005641).