홀로그램으로 구현한 요정. 화면에서 30cm 떠 있어 사람 손 위에 있는 것처럼 느껴진다. 네이처 커뮤니케이션스 제공
1990년 스티븐 벤톤 미국 매사추세츠공대(MIT) 미디어랩 교수팀이 3차원 입체영상인 홀로그램 기술을 처음 개발한 지 30년이 지났지만, 홀로그램을 구현할 수 있는 디스플레이는 여전히 상용화되지 않았다. 화면이 커지면 시야각이 좁아지고, 시야각을 넓히면 화면이 작아지는 기술적인 문제가 해결되지 않았기 때문이다.
가령 현재 기술에서는 시야각 30도, 가로세로 2mm, 1mm 크기인 풀HD 홀로그램의 가로세로를 각각 100배 늘리면 시야각은 100배 줄어든 0.3도가 되는 식이다.
삼성전자 종합기술원이 이끄는 연구팀은 이런 문제를 해결하고 얇은 디스플레이에서 실시간으로 홀로그램을 완벽하게 구사하는 기술을 처음 개발하는 데 성공해 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 11월 11일자에 발표했다. 특히 태블릿PC나 스마트폰 등 모바일 기기에 적용할 수 있도록 작은 디스플레이에서 구현한 점도 특징이다.
연구팀은 좁은 시야각 문제를 해결하기 위해 스티어링-백라이트 유닛(S-BLU)이라는 새로운 광학 소자를 개발했다. 원강희 전문연구원은 “스티어링-백라이트 유닛은 빛을 한 방향으로만 직진하게 만드는 얇은 면 모양의 광원과 광선의 범위를 변경할 수 있는 빔 편향기로 이뤄졌다”고 설명했다.
연구팀은 스티어링-백라이트 유닛 앞에 렌즈와 공간광변조기, 안구 추적 센서를 차례로 쌓아 얇은 평판 디스플레이를 만들었다. 이 디스플레이로 홀로그램을 생성하면 크기 변화 없이 기존의 10인치 4K 해상도 화면에서 0.6도였던 시야각이 약 30배 넓어진다.
삼성전자 종합기술원 연구팀이 개발한 홀로그래픽 디스플레이 개념도. 스티어링-백라이트 유닛이라는 광학 소자를 새로 개발해 시야각 문제를 해결했다. 네이처 커뮤니케이션스 제공
연구팀은 FPGA 칩을 개발해 홀로그램 영상을 실시간으로 재생하는 홀로그램 비디오 프로세서도 업그레이드했다. 이홍석 마스터는 “홀로그램 생성부터 재생까지 전체적으로 완성된 시스템을 구현해 상용화 가능성을 열었다”고 말했다.
안중권 전문연구원은 “홀로그래픽 디스플레이는 3D를 구현하는 디스플레이 중에서도 가장 이상적인 형태로 꼽힌다”며 “홀로그램은 빛을 완벽하게 복제해 물체의 모든 심도를 정확하게 제공하는 원리여서 실제 물체가 있는 것처럼 구현할 수 있다”고 설명했다.
디스플레이 업계에서는 10년 뒤 이동통신 6세대(6G) 시대가 되면 사물과 사람, 건물이나 공장 등 물리적인 실체를 가상공간에 그대로 복제하는 일이 가능해질 것으로 전망한다. 고정밀 모바일 홀로그램 서비스도 대폭 늘어날 수밖에 없다. 통신업계는 6G가 도입되면 모바일 디스플레이로 3차원 공간에서 홀로그램 서비스를 제공하는 데이터 전송 속도가 가능할 것으로 예상하고 있다.
원 전문연구원은 “자동화 기기에 가상의 홀로그램 키패드를 적용하거나 매장 키오스크에서 상품을 홀로그램으로 선택하는 등 일상생활에서 홀로그램 기술이 하나씩 상용화될 것”이라며 “홀로그램이 대중화되면 손가락 움직임이나 음성, 눈의 시선 추적, 뇌파 인식 등의 비접촉 인터페이스도 활발히 사용될 것”이라고 예상했다.
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