혁신적인 OLED-메타표면이 3D 시각을 재정의한다

새로운 연구가 홀로그램 이미지 투사에서 획기적인 진전을 이루었으며, 엔터테인먼트, 게임, 통신 및 스마트 디바이스에 잠재적인 적용이 가능합니다.

홀로그래피는 오랫동안 공상과학의 핵심 요소였으며, 스타워즈와 블레이드 러너 2049와 같은 영화에서 고급 기술과 미래적 요소를 전달하기 위해 홀로그램을 활용했습니다.

이 기술은 인터랙티브 3D 시각을 만들기 위해 오랫동안 엔지니어와 과학자들의 관심을 끌었지만, 실현하기는 쉽지 않았습니다.

홀로그래피는 파면을 기록하고 나중에 재구성할 수 있게 하여, 렌즈를 사용하지 않고도 독특한 사진 3D 이미지를 생성하는 방법을 제공합니다.

하지만 기존의 홀로그래픽 프로젝터는 부피가 큰 광학 장치와 외부의 코히런트 광원을 필요로 하며, 이는 사용을 제한합니다. 따라서 세인트 앤드류스 대학교 연구진은 나노포토닉스와 디스플레이 기술의 교차점에서 OLED를 메타표면과 직접 통합하는 혁신적인 접근 방식을 공개했습니다.

“홀로그래픽 메타표면은 빛을 제어하는 가장 다재다능한 소재 플랫폼 중 하나입니다. 이번 연구를 통해 우리는 일상적인 응용에서 메타물질 채택을 방해하는 기술적 장벽 중 하나를 제거했습니다. 이 돌파구는 가상 및 증강 현실과 같은 신흥 응용 분야를 위한 홀로그래픽 디스플레이 아키텍처에 획기적인 변화를 가져올 것입니다.”

– 안드레아 디 팔코, 물리천문학부 나노포토닉스 교수

“OLED 조명 메타표면을 이용한 홀로그래픽 이미지 투사¹”라는 연구가 Light: Science & Applications에 게재되었습니다.

유기 발광 다이오드(OLED)는 넓은 튜너블 범위, 가벼운 무게, 간단한 제조 공정을 갖춘 박막 광전자 장치로, 오늘날 모바일 폰과 TV 디스플레이에 널리 사용됩니다.

전 세계 OLED 시장 규모는 실제로 2024년부터 2030년까지 연평균 성장률 19.4%로 성장하고 그리고도달 152.83억에 이를 것으로 예상됩니다.

표면 광원인 OLED는 또한 사용되고 있으며 센싱, 바이오포토닉스 및 무선 통신에 활용되고 있습니다. 다른 기술과 통합할 수 있는 능력 때문에 OLED는 소형 광학 플랫폼에 적합한 후보가 됩니다.

디스플레이와 신흥 응용 모두에서 OLED 원거리 방출 제어는 매우 중요합니다, 하지만 최신 연구에 따르면 현재 연구의 초점은 주로 전기발광(EL) 스펙트럼과 방출 방향성을 조정하는 데 있습니다. 

문제는 원거리 방출을 정밀하게 조정하는 것이 특히 어려우며, OLED의 낮은 공간 코히런스에 의해 제한됩니다.

하지만 최신 연구는 홀로그래픽 메타표면과 결합될 경우 단일 OLED가 고해상도 이미지를 투사할 수 있음을 보여주었습니다. 이 메타표면-OLED 프로젝터는 연구자들이 원거리 방출을 직접 조작할 수 있게 하여, 화면에 홀로그램 이미지를 표시합니다. 

새로운 플랫폼은 홀로그래픽 디스플레이에 대한 뛰어난 제어를 제공하여 광학 공학과 시각 경험의 한계를 확장합니다. 연구진은 이 시연이 고도로 통합되고 소형화된 메타표면 디스플레이를 구현하는 방법을 제공할 수 있다고 믿습니다.

홀로그래픽 이미지 투사를 위한 OLED

전자 장치의 필수 구성 요소인 반도체는 다음과 같은 분야에서 발전을 가능하게 했습니다: 통신, 의료, 그리고 운송 부터 컴퓨팅, 청정 에너지, 군사 시스템, 그리고 수많은 기타 응용 분야.

전류를 정밀하게 제어함으로써 반도체는 현대 전자 장치의 기능을 가능하게 합니다.

반도체는 전도체와 절연체 사이의 전기 전도성을 가진 물질입니다. 그리고 반도체의 특성은 도핑이라고 하는 과정을 통해 제어될 수 있습니다. 

현재 반도체에는 물질 구성, 구조 및 전기 전도 방식에 따라 구분되는 다양한 유형이 있습니다.

우선, 내재형 반도체는 실리콘(Si)와 게르마늄(Ge)과 같은 중요한 불순물이 없는 순수한 형태이며, 외재형 반도체는 불순물을 도핑하여 전도성을 제어합니다. N형은 추가 전자를 제공하는 원소로 도핑되며, p형은 ‘홀’ 또는 양전하 운반자를 생성하는 원소로 도핑됩니다.
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구조에 따라 무질서한 원자 배열을 가진 비정질 반도체, 여러 작은 결정으로 이루어진 다결정 반도체, 그리고 완전한 결정 구조를 가진 단결정 반도체가 있습니다.

재료 구성 측면에서 반도체는 무기물일 수 있으며, 일반적으로 갈륨 비소(GaAs)와 인듐 인산화물과 같은 결정성 고체이며, 또는 탄소 기반 분자나 폴리머로 만든 유기물일 수 있습니다. 하이브리드 반도체는 유기와 무기 물질을 결합하여 성능을 향상시키며, 차세대 태양전지와 광검출기에 사용되는 페로브스카이트가 그 예입니다.

유기 반도체의 뛰어난 광전자 특성은 디스플레이, 태양전지 및 레이저에 매우 적합하게 합니다. OLED 디스플레이에서의 사용이 가장 발전된 응용 분야입니다.

OLED는 유연한 형태와 뛰어난 이미지 품질로 알려져 있습니다. 그러나 레이저와 비교하면 OLED의 출력 전력 밀도가 낮아 홀로그램 이미지의 밝기가 낮게 나타납니다. 

하지만 유연성, 간단한 제조 공정, 그리고 동일 기판 위에 다양한 색상의 다수의 픽셀을 나란히 만들 수 있는 능력은 OLED를 고급 홀로그램 디스플레이 응용에 적합하게 합니다.

OLED는 발산형 방출 프로파일을 가진 비코히런트 광원입니다. 이 방출을 조작해 정밀한 이미지를 생성하는 것은 도전적일 뿐만 아니라 아직 크게 탐구되지 않았습니다.

그 방법 중 하나는 홀로그래픽 메타표면(HM)을 사용하는 것으로, 이는 메타원자라 불리는 초박막 필름 구조이며 빛의 행동을 정밀하게 조작할 수 있습니다. 하지만 광범위하게 사용되는 응용 분야는 예를 들어 이미지 센싱, 데이터 저장, 증강 현실(AR), 위조 방지 및 보안 암호화 등이 있으며, 대부분 보고된 홀로그래픽 메타표면은 코히런트 광원(레이저)을 위해 설계되어 비코히런트 광원(OLED)에는 부적합합니다.

지금까지 비코히런트 광원을 사용하는 메타표면은 소수만 보고되었으며, 그 경우에도 대부분 복잡한 설정을 필요로 하여 일상적인 응용에 배치하기가 제한됩니다.

따라서 최신 연구의 연구진은 OLED와 메타표면의 장점을 결합한 새로운 유형의 광전자 장치를 개발했습니다.

“우리는 OLED를 위한 이 새로운 방향을 시연하게 되어 기쁩니다. OLED와 메타표면을 결합함으로써 우리는 홀로그램 생성 및 빛 형성의 새로운 방식을 열었습니다.”

– 물리천문학부 이포르 새뮤얼 교수

새롭게 개발된 컴팩트 시스템 은 OLED, 밴드패스 필터, 그리고 홀로그래픽 메타표면(HM)으로 구성되어 있으며, 특히 코히런트 광원을 위해 설계되었습니다. 

HM을 통과하는 빛의 빔 특성을 수정하도록 각 메타원자를 정밀하게 형성함으로써 화면 반대편에 사전 설계된 이미지를 만들 수 있게 되었습니다. 이는 잠재적으로 홀로그래픽 디스플레이를 보다 비용 효율적이고 에너지 효율적이며 유연한 기판과 호환되게 합니다.

OLED-메타표면 디스플레이 작동 원리 (및 중요성)

영국 세인트 앤드류스 대학교 SUPA 물리천문학부 연구진은 OLED와 메타표면을 무결점으로 결합한 일체형 구조를 개발했습니다. 

이 융합으로 OLED 자체가 조명원 및 홀로그래픽 파면 형성을 위한 변조기로 작동합니다. 이는 외부 레이저나 광 강도를 제어하는 공간 광 변조기와 같은 장치가 필요 없게 합니다.

이 새로운 기술의 핵심은 메타표면에 있으며, 이는 선택된 방식으로 전자기 파를 형성하도록 설계된 나노구조의 평면 배열로, 종종 편광, 진폭 또는 위상을 제어하여 뛰어난 공간 해상도를 제공합니다.

외부 레이저가 메타표면을 비추는 데 이전에 사용되었지만, OLED와 결합함으로써 마이크로스케일에 패턴화된 내재 광원을 만들게 되어 전기 구동형 플랫폼을 제공하며, 안정적이고 다양한 파장에서 확장 가능하며 고선명 홀로그램 이미지를 투사할 수 있습니다.

이는 기존의 부피가 큰 시스템에서 큰 도약을 의미합니다.

OLED 층의 비코히런트, 광대역 방출은 오랫동안 홀로그래피에 도전이었지만, 연구진은 메타표면을 설계해 OLED의 방출 스펙트럼과 공간 코히런스 특성에 맞추었습니다.

팀은 부분적으로 코히런트한 빛을 활용하고 조정하도록 나노구조를 맞춤 설계해 레이저에 의존하지 않고 고해상도 홀로그램 이미지를 형성했습니다.

정밀한 나노 구조를 얻기 위해, 이는 필요한 OLED 위에 기능성 메타표면을 구현하는 데, 팀은 고급 리소그래피 방법을 사용했습니다.

특수 전자빔 리소그래피(EBL) 시스템을 사용해 OLED 표면에 금속 및 유전체 나노구조를 패턴화했으며, OLED의 성능과 수명을 유지하면서 효과적인 위상 변조를 보장했습니다. 

이 성공적인 통합은 나노제조 기술과 유기 전자 장치의 호환성을 강조하며, 다기능 광자 플랫폼의 문을 엽니다.

장치를 테스트하면서 팀은 단순한 형태와 기하학적 형태의 명확한 홀로그램 투사를 보여주었으며, 복잡한 깊이 단서를 포함했습니다. 팀은 단 3cm 거리에서 고품질 홀로그램 이미지를 얻을 수 있었습니다. 

재구성된 이미지는 일반적으로 비코히런트 조명으로는 불가능한 밝기 수준과 각도 견고성을 모두 보여줍니다. 

시스템이 파면을 동적으로 변조하는 능력은 OLED 방출과 동기화된 픽셀화된 메타표면 영역을 제어함으로써 달성되며, 실시간 홀로그램 비디오의 가능성을 시사합니다.

“OLED 디스플레이는 일반적으로 간단한 그림을 만들기 위해 수천 개의 픽셀이 필요합니다. 이 새로운 접근 방식은 단일 OLED 픽셀에서 전체 이미지를 투사할 수 있게 합니다!”

– 물리천문학부 그레이엄 턴불 교수

연구에 따르면 OLED 조명 홀로그래픽 프로젝터는 인간-컴퓨터 인터랙션 및 AR/VR 헤드셋과 같은 응용에 사용할 수 있습니다.

이 OLED-메타표면 플랫폼의 큰 장점은 다재다능함과 확장성입니다. 

OLED 제조가 이미 상업용 디스플레이 생산에 널리 사용되고 있기 때문에, 메타표면은 기존 생산 라인에 통합될 수 있어 , 그들의 착용형 홀로그램 및 소비자 전자 제품으로의 개발을 가속화할 수 있습니다.

게다가 이 기술의 컴팩트함, 유연성 및 낮은 전력 소비는 차세대 몰입형 디스플레이에 적합합니다.

이 플랫폼은 적응형 조명 시스템, 바이오메디컬 이미징 및 보안 광 암호화에도 활용될 수 있습니다.

이 개념 증명을 위해 팀은 OLED의 방출 스펙트럼을 좁히는 밴드패스 광학 필터를 사용했으며, 이는 메타표면이 선명한 홀로그램을 재구성하는 데 필요한 공간 코히런스를 향상시켰습니다. 하지만 연구진은 폴라리톤 또는 얇은 필름 필터를 OLED나 메타표면과 함께 사용해 보다 컴팩트한 시스템을 구축할 수도 있다고 언급했습니다.

메타표면에 관해서는, 팀은 그들의 시스템이 다른 유형의 메타표면과도 작동할 수 있으며, 이러한 장치의 대량 생산 가능성을 제공하여 이미지 투사에 활용을 촉진할 수 있다고 언급했습니다.

장치의 상업적 사용은 손실 최소화, 밝기 극대화 및 메타표면 변조 효율 최적화와 같은 과제에 직면해 있지만, 팀은 전체적인 광자 시스템 설계에 창의적인 접근을 취한 기술적 진보를 보여주었습니다.

전통적인 설계에서는 변조기와 방출기가 독립적으로 고려되지만, 팀은 OLED 방출 특성과 메타표면의 위상 및 진폭 응답을 동시에 최적화하는 통합 접근 방식을 사용했습니다.

따라서 유기 광전자와 나노포토닉스의 장점을 결합함으로써 팀은 홀로그래픽 디스플레이의 새로운 표준을 만들었습니다. 이는 초고해상도의 풀컬러 홀로그래픽 디스플레이가 투명한 창문, 섬유 웨어러블, 혹은 차량 및 건축 요소의 곡면에 직접 삽입되는 미래를 구상합니다.

홀로그래픽 OLED에 투자하기

이제 이 분야를 선도하고 있는 회사를 보면, Corning Incorporated (GLW )는 OLED 패널 및 유연한 스크린에 필수적인 고급 디스플레이 기술과 재료에 깊이 관여하고 있어 홀로그래픽 통합을 위한 인프라를 제공하는 점이 돋보입니다.
다음과 같은 주요 부문을 통해 운영됩니다:

• 광통신
• 디스플레이 기술
• 특수 재료
• 환경 기술
• 생명 과학

주로 재료 과학 회사인 Corning은 광섬유를 전문으로 하며, 이는 빛을 전송하는 유리 형태로 현대 통신 네트워크에 필수적인 역할을 합니다. 또한 데이터 센터에서도 활용됩니다. 

Corning은 또한 다양한 유리 및 세라믹 제품을 생산합니다. 특히, 이 회사는 iPhone 화면 및 기타 전자기기에 사용되는 Gorilla Glass를 제조합니다. 

올해 초, 삼성전자는 Galaxy S25 Edge에 Corning의 새로운 유리 세라믹인 Gorilla Glass Ceramic 2를 적용할 것이라고 발표했으며, 이는 매우 얇은 디바이스 형태에서 고급 보호를 제공합니다. 최신 제품은 디스플레이 커버의 강도를 높이기 위해 유리 매트릭스에 결정이 삽입되었습니다.

“Galaxy S25 Edge는 지금까지 가장 얇은 Galaxy S 시리즈 디바이스로서 장인정신과 성능에 대한 새로운 기준을 세울 것입니다,” 라고 삼성전자의 MX 기계 R&D 팀 EVP 겸 책임자인 배광진이 말했습니다. Samsung Electronics의 MX 부서에서. “이 획기적인 디자인을 지원하기 위해서는 매우 얇고 신뢰할 수 있는 강도를 가진 디스플레이 소재를 개발하는 것이 필수적이었으며—이 도전은 Corning과 Samsung을 함께하게 했고, 목적 있는 엔지니어링과 사용자 중심 혁신에 대한 공동 비전으로 결합되었습니다.그 비전은 Galaxy S25 Edge의 모든 세부 사항에 내재되어 있습니다.

시가총액 674억 달러인 GLW 주식은 현재 $78.67에 거래되고 있으며, 연초 대비 65.6% 상승했습니다. 이번 주에 GLW는 52주 최고가 $78.81을 기록했습니다. 회사는 실제로 지난 2년 동안 대규모 랠리를 경험하고 있습니다.

EPS(TTM)는 0.94이며 P/E(TTM)는 83.55입니다. 회사는 또한 주주에게 1.42%의 배당 수익률을 제공합니다.