컴퓨팅
야간 투시 혁신: OLED가 가볍고 첨단 솔루션의 길을 열다
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영화에서 보는 야간 투시 고글이 실제로 작동하는지 궁금해 본 적 있나요? 어두운 곳에서도 정말 볼 수 있을까요? 답은 예입니다—작동하며 어두운 곳을 볼 수 있게 해줍니다. 이것은 야간 투시 기술에 의해 가능해졌습니다. 그런데 어떻게 작동할까요?
먼저, 빛 파동의 에너지 양이 파장과 관련이 있다는 것을 이해해야 합니다. 파장이 짧을수록 에너지가 높고, 그 반대도 마찬가지입니다.
가시광선에서는 빨간색이 가장 적은 에너지를 가지고, 보라색이 가장 많은 에너지를 가집니다. 반면 적외선은 근적외선(near-IR)으로 파장이 0.7~1.3 마이크론 범위, 중적외선(mid-IR)으로 1.3~3 마이크론, 열적외선(thermal-IR)으로 3 마이크론에서 30 마이크론 이상까지의 파장 범위를 포함합니다.
Near-IR와 mid-IR와 달리, 사용됩니다 다양한 전자 장치에 의해 사용되지만, 열적외선 은 방출됩니다 물체에 의해 반사되는 것이 아니라 방출됩니다.
따라서 야간 투시 기술은 사용 가능한 빛을 증폭하거나 적외선을 감지함으로써 어두운 곳에서도 시야를 확보합니다. 야간 투시 장치는 빛의 광자를 포착하고 증폭하여 가시 이미지를 만들거나, 물체가 방출하는 적외선을 감지해 가시 이미지로 변환합니다.
야간 투시 장비—스코프, 고글, 카메라 등을 포함—는 군사, 감시, 항법, 법 집행, 사냥, 야생 동물 관찰, 은폐 물체 탐지 및 보안 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
다양한 응용 분야와 기술 발전에 힘입어 야간 투시 장치 시장 규모는 예상 2024년 8.68억 달러에서 2029년 12.74억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다.
새로운 발견: 종이처럼 얇은 OLED로 컴팩트하고 가벼운 NV
이 가운데, 연구원들 University of Michigan의 연구원들은 새로운 유형의 OLED를 만들었습니다 이것은 종이보다 얇으며 부피가 큰 야간 투시 고글을 가벼운 안경으로 대체할 수 있습니다. 이것은 NV 안경을 더 저렴하고 장시간 사용에 더 실용적으로 만들 수 있습니다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 가장 성공적인 유기 전자 장치 중 하나이며 모바일 디스플레이 시장을 장악하고 있습니다. 또한 자동차, 웨어러블 디바이스 및 다양한 조명 응용 분야로 확장되고 있습니다. 스마트폰 화면, 예를 들어 iPhone의 화면이 이 기술을 사용합니다.
이러한 배경에서, 연구진은 유기 광다이오드와 동일한 층 스택에 통합된 탠덤 OLED 사이의 양성 광피드백으로 인해 양안정성을 보이는 새로운 종류의 유기 발광 장치를 소개했습니다.
DARPA의 자금 지원을 받아, 연구는 진행되었습니다 항공우주 및 방위 계약업체인 RTX와 OLED 조명 제품을 제조하는 OLEDWorks와 협력하여 수행되었습니다. 연구가 시작된 펜실베니아 주립대학과 OLEDWorks는 현재 이 기술에 대한 특허를 진행 중입니다.
전통적인 야간 투시 시스템은 이미지 인텐시파이어를 사용해 들어오는 빛을 증폭합니다. 새로운 OLED 장치도 동일하게 근적외선을 가시광선으로 변환하고 100배 이상 증폭합니다. 그러나 OLED 장치는 기존 이미지 인텐시파이어에 필요한 고전압, 무게, 불편한 진공층 없이 이를 수행합니다. 높은 증폭을 달성하기 위해 연구진은 장치 설계 최적화에 집중했습니다.
Giebink에 따르면, U-M 전기·컴퓨터공학 및 물리학 교수인 그는 새로운 접근 방식의 흥미로운 특징이 빛이 증폭된다는 얇은 필름 스택 내에서, 두께가 0.001 mm 이하입니다. 이는 두께가 약 50 마이크론인 머리카락 한 가닥보다 훨씬 얇습니다.
전통적인 이미지 인텐시파이어보다 훨씬 낮은 전압으로 작동함으로써, 장치는 전력 소비를 줄이고 그 결과 배터리 수명을 연장합니다.
기술적으로 말하면, 이 새로운 OLED 장치는 광자를 흡수하는 층과 5층으로 구성된 OLED 스택을 결합하여 작동합니다. 광자 흡수 층은 적외선을 전자로 변환하고, OLED 층은 전자를 가시광선 광자로 변환합니다.
이상적으로는, OLED 스택을 통과하는 각 전자당 다섯 개의 광자가 생성됩니다. 이 광자 중 일부는 사용자의 눈으로 전달되고, 나머지는 광자 흡수 층으로 다시 흡수됩니다.
이렇게 하면, 시스템은 더 많은 전자를 생성하고다시 OLED를 통과시켜, 주어진 입력 광량에 대한 출력 광량을 크게 향상시키는 양의 피드백 사이클을 만듭니다.
이전 시도에서 OLED가 근적외선을 가시광선으로 변환할 수 있었지만, 이득은 없었습니다. 이는 입력 광자당 출력 광자 하나만 얻었다는 의미입니다. 연구의 주요 저자인 Raju Lampande, U-M 전기·컴퓨터공학 박사후 연구원에 따르면:
“이는 얇은 필름 장치에서 높은 광자 이득을 최초로 시연한 것입니다.”
하지만 이것이 장치 능력의 끝은 아닙니다. 실제로 이 장치는 메모리 행동을 보여주며, 이는 컴퓨터 비전 시스템에서도 활용될 수 있습니다. 이 행동은 히스테리시스라고 하며, 특정 순간의 빛 출력이 과거 입력 조명의 강도와 지속 시간에 따라 달라집니다.
따라서, ‘특이한’ 방식으로, 새로운 OLED 장치는 켜진 상태를 유지하며 시간이 지나도 정보를 기억합니다. 이는 일반적인 업컨버전 OLED가 빛을 받으면 빛을 출력하고, 조명이 꺼질 때 멈추는 상황과는 다릅니다.
장치의 메모리 행동은 NV 응용에 몇 가지 도전을 제시하지만, 인간 시각 시스템과 유사하게 작동하는 이미지 처리 기회를 제공할 수 있습니다. 해당 시스템에서는 생물학적 뉴런이 입력 신호의 타이밍과 강도에 따라 신호를 전달합니다.
새로운 OLED가 과거 입력을 기억하는 능력은 특정 종류의 뉴런 유사 연결에 유용할 수 있습니다. 이러한 연결은 입력 이미지를 별도의 컴퓨팅 유닛에서 데이터를 처리하지 않고도 해석하고 분류할 수 있게 합니다.
이 OLED 장치는 연구원들에 의해 OLED 제조에 널리 사용되는 재료와 방법을 사용하여 제작되었습니다. 따라서 새로운 디스플레이 및 업컨버전 이미지 응용 분야에 단기적으로 활용될 가능성이 있습니다, 또한 이미지 인식 및 뉴로모픽 광전자공학을 위한 새로운 플랫폼을 제공합니다.
기존에 사용 가능한 이미 이용 가능한 기술의 비용 효율성과 확장성을 크게 향상시킬 수 있습니다 향후 응용을 위해.
다른 야간 투시 혁신
야간 투시 분야에서 진행 중인 혁신 중, 최근 엔지니어 팀이 고양이의 시각 시스템에서 영감을 받아 어두운 환경에서도 이미지를 포착할 수 있는 새로운 유형의 카메라를 개발했습니다. 이 장치는 위장도 투과할 수 있어 군용 드론과 같은 장거리 응용에 유용합니다.
고양이의 눈이 어두운 방에서 빛나는 이유는, 고양이 눈에 빛을 반사하는 구조인 탭투룸 루시둠(tapetum lucidum)이 있기 때문입니다. 고양이 눈의 망막은 직접 들어오는 빛뿐만 아니라 탭투룸 루시둠에 의해 반사된 빛도 흡수하여 고양이에게 향상된 야간 시야를 제공합니다.
이것이 전부가 아닙니다. 집고양이의 눈에는 또 다른 특징인 수직 동공이 있습니다. 이는 작은 몸집을 가진 매복 포식자에게 흔한데, 수직 동공은 작은 포식자에게 깊이 인식을 향상시킵니다. 이러한 동공은 배경의 잡음을 걸러내면서 목표에 초점을 맞추는 데 도움을 줍니다.
따라서 이러한 구조를 재현하기 위해, 한국의 여러 대학 엔지니어들이 광주 과학기술원(광주과학기술원) 교수인 송영민의 주도로 수직 카메라 조리개를 제작했습니다. 실리콘 포토디텍터 어레이에 은 반사판을 결합하면 탭투룸 루시둠의 이중 광 흡수를 모방했습니다.
새 연구에 따르면새 연구 숨겨진 쥐 모양 물체를 다양한 거리에서 조준하여 테스트했을 때, 장치는 위장에도 불구하고 형태를 성공적으로 구분했습니다.
하지만 완벽하지는 않습니다. 인공인공 이미지 센서는 고양이가 자연적으로 가지고 있는 것만큼 예리하지 않습니다. 고양이 눈 카메라의 슬릿형 동공은 시야가 제한됩니다. 이를 극복하기 위해 엔지니어들은 이 카메라를 사용해 고양이의 머리와 어깨 근육을 모방하여 완전한 고양이 움직임을 복제하는 장치를 제안했습니다.
이것은연구자들이 자연에서 영감을 얻은 첫 사례가 아닙니다. 생물학적 영감 기술은 매우 인기가 많고 흔합니다. 심지어 렌즈도 오징어, 코끼리코 물고기, 사마귀 새우의 생물학을 활용해 제작되었습니다. 특히 고양이 눈은 어두운 조건에서의 가능성을 제공하며, 감시 로봇, 무인 차량, 군용 드론 등에서 인간을 대체하는 모바일 로봇 배치에 잠재력을 가지고 있다고 연구는 언급했습니다.
몇 달 전, 또 다른 연구팀이 전광학적 접근 방식을 통해 적외선 시야를 향상시켜 야간 투시 기술에 혁신을 가져왔습니다. 이를 위해 호주 연구 위원회 소속 변환 메타-광학 시스템(TMOS) 센터가 매우 얇은 적외선 필터를 제작했습니다.
클링 랩보다 얇아 안경 위에 얹을 수 있어 착용자가 적외선과 가시광선 스펙트럼을 동시에 볼 수 있습니다. 새 기술은 무게를 크게 줄여 1그램 이하가 될 것입니다.
이러한 이점을 바탕으로, 해당 기술은 생물학적 이미지 감시와 자율 항법 산업에서 큰 기회를 찾을 수 있습니다.
이 연구를 위해, 팀은 업컨버전 기술을 메타표면 기반으로 사용하여 빛 광자를 더 쉽게 처리하는 경로를 제공했습니다.연구 여기서 광자는 공명 메타표면을 통과하며 펌프 빔과 혼합됩니다.
비국소 리튬 나이오베이트 메타표면을 사용하면 광자의 에너지를 향상시키고, 먼저 전자로 변환하는 대신 바로 가시광선 스펙트럼으로 끌어올립니다. 이는 극저온 냉각이 필요 없게 하여 기존 NV에서의 ‘노이즈’를 감소시키고, 결과적으로 고글의 부피 문제를 해결할 수 있습니다.
“이는 비국소 메타표면에서 1550nm 적외선에서 가시광선 550nm 빛으로 고해상도 업컨버전 이미지를 최초로 시연한 것입니다.”
– Rocio Camacho Morales, 연구 저자
이 파장을 선택한 이유에 대해 Camacho는 1550nm이 주로 통신에 사용되며 인간의 눈은 다른 파장에 더 민감하다고 언급했습니다. 향후 연구에서 팀은 장치가 감지할 수 있는 파장 범위를 확대하여 ‘광대역 IR 이미징을 얻고, 에지 검출 등 이미지 처리 탐구’를 목표로 할 것입니다.
NV 기술을 선도하는 기업들
야간 투시 기술 분야에서 L3Harris Technologies (LHX ) (NYSE: LHX), BAE Systems (BSP.DE ) (OTC: BAESY), Leonardo와 같은 기업들이 이 분야를 앞당기고 있습니다.
이 중 L3Harris는 방위 및 항공우주 분야의 주요 기업으로, 군사 및 법 집행을 위한 고급 야간 투시 고글 및 시스템을 생산합니다. BAE Systems도 군사용 야간 투시 및 적외선 이미지 기술을 개발하며, Leonardo와 마찬가지로 방위, 보안, 항공우주 부문에 야간 투시 장비—이미지 인텐시파이어와 열 영상 시스템—를 제공합니다.
그 외에도 현재 Teledyne Technologies (TDY ) (NYSE: TDY)의 일부인 FLIR Systems는 다양한 분야에서 사용되는 열 영상 및 적외선 카메라를 생산합니다. Raytheon Technologies(NYSE: RTX)는 특히 군사 및 항공 분야에서 NV 기능에 필수적인 적외선 및 열 영상 시스템을 생산하는 것으로 알려져 있습니다.
이제 기술을 앞당기는 기업들을 자세히 살펴보겠습니다:
#1. Kopin Corporation (NASDAQ: KOPN)
야간 투시 기술을 발전시키는 핵심 기업인 Kopin은 마이크로디스플레이와 웨어러블 기술, 특히 현대 NV 시스템의 핵심 구성 요소인 헤드업 디스플레이(HUD)를 개발합니다.
5월에, 이 회사는 미확인 방위 고객으로부터 OLED 마이크로디스플레이 기술을 통합한 저지연 디지털 야간 투시 시스템 개발 계약을 체결했습니다. 기존 아날로그 NV 고글은 20년 이상 군사 작전에 사용되어 왔습니다. 효율적인 디지털 센서와 고급 OLED 마이크로디스플레이를 활용함으로써, 새로운 프로젝트는 완전 디지털 시스템으로 NV 능력을 향상시키고 장치의 크기와 투사성을 감소시켜 운영 효율성을 높이는 것을 목표로 합니다.
KOPN 가격 차트
시가총액 7,423만 달러인 Kopin의 주가는 현재 주당 0.65달러이며, 연초 대비 69.77% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -0.40이며 P/E(TTM)는 -1.53입니다. 2024년 2분기 매출은 1,230만 달러로 전년 동기 대비 18% 증가했습니다. 제품 매출은 전년 대비 84% 증가했으며, 방위 제품 매출은 540만 달러, 산업 제품 매출은 30만 달러 증가했습니다. 제품 매출 비용은 870만 달러로 순제품 매출의 79%를 차지했으며, 2Q23의 95%에서 감소했습니다. 해당 분기 순손실은 590만 달러(주당 0.05달러)였습니다.
CEO Michael Murray에 따르면:
“(다섯 명의 신규 고객이 개발 주문을 넣었으며) 향후 연간 수백만 달러 규모의 생산 매출 기회를 제공합니다.”
그는 또한 2027년에 시작될 미군 차세대 단거리 요격기(NG-SRI) 시스템의 설계, 개발 및 생산을 수주했으며, 다른 계약으로는 미군을 위한 시각 증강 시스템에 대한 광학 접근법 연구와 미 해군의 고급 센서 시스템에 필요한 광학 부품의 크기와 무게를 줄이는 방안을 포함한다고 밝혔습니다.
#2. Elbit Systems (NASDAQ: ESLT)
이 방위 기업은 군사 및 민간용 고급 야간 투시 고글, 열 영상 시스템 및 기타 전자광학 시스템 개발에 참여하고 있습니다.
이번 달에 Elbit Systems (ESLT ) 는 미군과 2,800만 달러 규모의 계약을 체결하여 헬멧에 장착되는 AN/PVS-14 단안 야간 투시 장치를 추가로 공급합니다. 이 장치는 적외선 조명기와 고배율 렌즈를 통합해 저조도 조건에서도 최대 150미터 거리까지 선명한 이미지를 포착합니다. 이 계약은 이전에 미군에 AN/PVS-14 장치를 공급한 1,200만 달러 계약에 이어 체결되었습니다. 2021년에도 미군과 Elbit은 동일 장치에 대해 5,400만 달러 계약을 체결했습니다.
ESLT 가격 차트
시가총액 85억 달러인 Elbit Systems의 주가는 현재 192.24달러이며, 연초 대비 9.85% 하락했습니다. EPS(TTM)는 5.44, P/E(TTM)는 35.35이며 배당수익률은 1.04%입니다. 2024년 2분기 매출은 16억 달러, GAAP 순이익은 7,800만 달러, 비GAAP 순이익은 9,300만 달러, 주문 잔액은 211억 달러였습니다. 2024년 6월 30일 종료 6개월간 현금 흐름은 2,600만 달러로, 전년 상반기 말 기록된 2억 1,070만 달러에서 감소했으며, 이는 재고와 매출채권 증가 때문입니다.
회사의 연간 매출 12% 증가에 대해 CEO Bezhalel (Butzi) Machlis는 다음과 같이 말했습니다:
“우리 제품과 솔루션에 대한 지속적인 높은 수요가 우리를 업계 선두주자로서의 위치를 강화합니다.”
결론
야간 투시 기술은 최근 몇 년간 급격히 성장했으며, 소형화, 전력 소비 감소, 이미지 선명도 향상과 같은 이점을 제공합니다. 얇은 OLED 기반 장치, 고양이 영감을 받은 카메라, 고급 메타표면의 개발은 더 나은 결과를 얻기 위한 지속적인 연구의 중요성을 강조하며, 이는 야간 투시의 잠재적 응용 범위를 더욱 확대하고, 우리 주변 세계에 대한 깊은 이해를 돕는 데 기여할 수 있습니다.
