교차형 액정 편광자 격자(PVG)를 이용한 2차원 확장 눈동자 광파동로는 구조가 컴팩트하고 제작이 간편하며(간섭 노출 시 동적 각도 조정 불필요) 증강 현실(AR) 디스플레이 연구의 핵심 주제가 되었다. 그러나 AR 디스플레이용 시야각(FOV)은 이중 파동로 적층 기술에 의해 제한된다. 이러한 파동로의 시야각을 개선하기 위해 본 논문은 단층 고굴절률 유리 기판(n=1.9)을 기반으로 하며, 그 전후면에 좌·우측 키랄 PVG가 통합된 광파동로 구조를 제안한다. 입출력 단의 좌우측 키랄 격자 역격자 벡터의 수평 각도는 각각 0°와 60°이다. 입사광은 PVG의 편광 선택성을 통해 전총내반사 경로 두 개로 분기되며, 입출력 격자가 제공하는 합 역격자 벡터가 0일 때 일부 커플링되어 완전한 2차원 확장된 광동공을 형성한다. 격자 회절 방정식과 유리 굴절률을 기반으로 시야 중심이 파동로 수직 방향일 때 대응하는 PVG 격자 주기를 유도하였고, COMSOL 시뮬레이션으로 532 nm 준평행광의 수직 입사 커플링 메커니즘을 검증하였다. 실험적으로 제작된 시제품은 출구 격자 크기 28 mm × 22 mm, 수평 시야각 32.8°, 수직 18.7°, 대각선 37.8°를 달성했으며, 대각선 시야각은 이전 연구 대비 26% 향상되었다. 이 설계는 기판 양면에 PVG 격자를 직접 제작하여 기존 접합 공정을 제거하고, 굴절률 일치 접착제 및 기판 소재 선별의 까다로운 요구사항을 피하며, 제조 공정을 크게 단순화하고 비용을 효과적으로 절감한다. 또한 고굴절률 기판을 활용하여 FOV를 크게 확장하고 영상 품질을 개선하여 AR 머리 착용 근안 디스플레이에 유망한 고성능 솔루션을 제공한다.

액정 편광자 홀로그램 격자; 시야각; 2차원 확장 동공; 광파동로 AR 디스플레이; 액정 광학