실제 구현된 3차원 홀로그래픽 디스플레이와 전자현미경 이미지. KAIST 제공 KAIST 물리학과 박용근 교수 연구팀이 안경 없이도 3차원 홀로그래픽 디스플레이를 재생할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 초박형 구조로 기존 디스플레이 생산 공정과 호환 가능하며 대면적 광시야각을 확보해 3차원 디스플레이 기술을 한 단계 진보시켰다는 평이다.
영화나 게임 등 일상생활에서 그래픽이 차지하는 비중은 절대적이다. 특히 3차원 영상을 재생할 수 있는 기술 개발이 그래픽 연구의 궁극이다. 3D안경 없이 3차원 영상을 재생할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이는 오랫동안 꿈의 기술로 여겨졌을 정도다.
그러나 현재 기술로는 구현할 수 있는 3차원 영상은 크기가 매우 작고 시야각 또한 크게 제한돼 현실적으로 구현이 어렵다. 또 3차원 홀로그램을 만들기 위해선 빛의 세기와 빛이 진행하는 방향 모두 정밀하게 변조해야 하지만 현재 공간광파면 조절기의 픽셀 개수론 실감 나는 3차원 영상을 만들기에 턱없이 부족하다.
즉 빛을 매우 한정된 각도 내에서만 변조할 수 있는 것이다. 이런 조건에서 현재의 기술로 만들 수 있는 3차원 영상은 크기는 약 1㎝, 시청 가능한 시야각은 약 3도 이내로 제한돼 사실상 실용화가 불가능하다.
과학자들은 실용적인 홀로그램을 만들기 위해 여러 개의 공간광파면 조절기를 합쳐서 이용하거나 사람이 인식할 수 있는 속도보다 훨씬 빠른 속도로 다량의 홀로그램 이미지들을 조합해 3차원 이미지를 만들었다. 하지만 이런 방식은 복잡한 시스템을 뒷받침할 수 있는 연구실 환경에서만 구현됐다.
연구팀은 복잡한 광학계를 구성하는 대신 LCD패널과 비주기적으로 설계된 박막을 추가하는 방법으로 이를 해결했다.
박막은 비주기적으로 배열된 수많은 구멍(핀홀)으로 구성되는데 핀홀은 빛을 넓은 각도로 퍼뜨리기 때문에 형성된 3차원 영상을 넓은 각도에서 볼 수 있다.
연구팀은 이론에 따라 설계된 박막을 기존 디스플레이의 LCD패널에 부착했고 실험을 통해 약 3×3㎝의 화면에서 약 30도의 시야각을 가진 3차원 홀로그램 영상을 구현하는 데 성공했다. 이는 기존 Full HD 홀로그래픽 디스플레이로 표현할 수 있는 공간대역폭 보다 약 400배 이상 향상된 결과다.
또 3가지 색(적·녹·청색)을 나타내며 60㎐로 작동하는 동적 홀로그램 역시 구현했다. 일반 LCD 패널에 비주기적인 박막만 추가하면 제작할 수 있기 때문에 상용화에 적합한 기술로 기대된다.
연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난 21일 자 온라인 판에 게재됐다.
강정의 기자 justice@ggilbo.com
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