밝은 야외에서 화면 정보가 잘 보이지 않는 AR 기기의 한계를 개선하기 위한 국산 유연 필름 기술이 개발됐다. 초경량·박형 구조에 2,400개 셀 독립 제어 기능을 구현한 기술로, AR 글라스와 자동차 스마트 바이저 등 다양한 투명 디스플레이 분야의 상용화 가능성을 높일 것으로 기대된다.
씨와이오토텍(대표이사 조준상)은 한국기계연구원(KIMM), 성균관대학교, 포항공과대학교, 알피이 등과 공동으로 추진한 ‘AR 기기의 시인성 향상을 위해 시청영역 투과도 가변이 가능한 초경량 박형 필름 셀 기술 개발’ 과제를 최근 완료했다고 밝혔다.
이번 기술은 AR 화면 전체를 동일하게 어둡게 만드는 방식이 아니라 사용자가 바라보는 영역과 외부 광량 조건에 맞춰 필요한 구간의 투과도를 선택적으로 조절하는 것이 핵심이다.
이를 위해 60×40 패시브 매트릭스 구조를 적용했으며 총 2,400개의 셀을 각각 제어할 수 있도록 설계했다. 강한 햇빛이나 복잡한 배경에서도 필요한 시청 영역의 명암 대비를 조절해 AR 정보 인식성을 높이는 방식이다.
AR 기기는 실제 환경 위에 디지털 정보를 겹쳐 보여주는 특성 때문에 주변 조도가 높아질수록 표시 정보가 흐려지는 문제가 발생할 수 있다. 특히 야외에서는 강한 자연광으로 인해 가상 이미지와 실제 배경 사이의 대비가 떨어져 시인성이 저하되는 것이 주요 기술 과제로 지적돼 왔다.
기존 차광 기술 가운데 일부는 해외 선진 기술 의존도가 높았고, 유리 기반 구조는 상대적으로 무겁고 곡면 적용이 쉽지 않아 착용형 기기에 적용하는 데 한계가 있었다.
씨와이오토텍은 이러한 문제를 해결하기 위해 유연 필름 기반의 투과 가변 소자 개발에 집중했다. 얇고 가벼운 필름 형태를 채택해 웨어러블 제품의 무게 부담을 낮추면서 곡률이 있는 렌즈나 표면에도 적용할 수 있도록 한 것이 특징이다.
개발 과정에서는 필름형 소자의 성능을 좌우하는 공정 안정성 확보에도 주력했다.
먼저 몰드 최적화를 통해 정밀한 셀 갭을 확보하고 R2P(Roll-to-Plate) 공정에서 나타날 수 있는 패턴 불균일 문제를 개선했다. 필름 셀 내부 구조의 균일도를 높여 각 영역의 광학적 편차를 줄이는 방향이다.
염료 색 편차 문제 역시 개선 대상이었다. 연구진은 분자 구조 예측을 기반으로 대규모 스크리닝을 진행해 염료 특성을 최적화했으며, 이를 통해 색 왜곡을 70% 개선했다고 설명했다.
구동 측면에서는 14V급 저전압 운용이 가능한 60×40 패시브 매트릭스 구조를 구현했다. 전체 2,400개 셀을 영역별로 제어할 수 있어 로컬 디밍 기능을 보다 세밀하게 적용할 수 있는 기반을 확보했다.
성능 평가 결과 응답속도(On+Off)는 8.92ms, 구동전압은 14.36V를 기록했다. 개구율은 92.9%, Haze는 3% 이하로 나타났으며 곡률 반경 R=70mm 이하 환경에서도 적용 가능성을 확보했다.
이 같은 성능은 AR 웨어러블 기기의 주요 과제인 야외 시인성과 전력 소비 문제 개선에 활용될 가능성이 있다. 필요한 부분만 선택적으로 제어할 수 있기 때문에 화면 전체를 동일하게 차광하는 방식보다 다양한 제품 설계에 대응할 수 있다는 설명이다.
응용 범위는 AR 안경을 넘어선다.
AR 글라스 렌즈에 부착할 경우 주변 밝기에 따라 특정 영역의 투과도를 조정해 가상 정보의 가독성을 높이는 용도로 활용할 수 있다. 가볍고 얇은 필름 특성은 장시간 착용이 필요한 웨어러블 기기의 무게 부담을 낮추는 데도 도움이 될 수 있다.
자동차 분야에서는 전방 선바이저와 결합해 주행 중 강한 햇빛이나 눈부심을 선택적으로 줄이고, 동시에 HUD 정보를 표시하는 스마트 바이저 기술로 확장할 수 있다.
이 밖에도 산업 작업자용 AR 헬멧, 의료용 웨어러블 디스플레이, 교육용 투명 정보기기, 건설 현장용 시각 보조 장치, 특수 환경용 투명 디스플레이 등으로 적용 분야를 넓힐 수 있을 것으로 예상된다.
특히 유연 필름은 기존 유리 기반 소자가 적용되기 어려운 곡면 구조에도 대응하기 쉬워 제품 설계 자유도를 높일 수 있다. 웨어러블 기기뿐 아니라 자동차 내장형 디스플레이와 다양한 곡면형 광학 부품에도 활용 가능성이 있다는 평가다.
씨와이오토텍은 기술 개발과 함께 정밀 얼라인먼트 기술이 반영된 독자적 R2P 시제품 제작 장비도 구축했다. 이를 통해 소재와 소자 개발에 그치지 않고 시제품 제작 및 향후 양산 공정 전환을 위한 기반까지 확보했다는 설명이다.
씨와이오토텍 관계자는 “이번 개발은 AR 기기의 야외 시인성 문제를 개선하면서도 가볍고 유연한 구조를 구현하는 데 초점을 맞췄다”며 “AR 글라스, 자동차 스마트 바이저를 비롯해 다양한 투명 디스플레이 제품으로 적용 범위를 확대해 국내 관련 산업의 경쟁력 강화에 기여하겠다”고 말했다.
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