박용근 KAIST 물리학과 교수팀 연구···제한적인 영상 크기와 시야각 향상

특수 안경없이 볼 수 있는 기존 홀로그래픽 기술의 큰 문제점이었던 제한적인 영상 크기와 시야각을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다.

KAIST(총장 강성모)는 박용근 물리학과 교수 연구팀이 성능이 2000배 이상 향상된 3차원 홀로그래픽 디스플레이 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

대중에게 친숙한 SF영화 속 3차원 홀로그램은 대중에게 친숙하지만 실제 기술로 구현하기에는 한계가 있어 컴퓨터 그래픽 효과로 구현한다.

그동안 디스플레이 산업계는 2차원 영상 두 개로 착시 효과를 활용하는 가상현실(VR)과 증강현실(AR)에 집중해 왔다.

3D안경 등 특수 장비 없이도 볼 수 있는 3차원 홀로그램을 만들기 위해서는 공간광파면 조절기(빛이 퍼져나가는 방향을 정밀하게 조절할 수 있는 광학제어장치)를 이용해 빛의 방향을 변경해야 한다. 

최근 각광받는 고해상도 모니터의 많은 픽셀 개수조차도 2차원 이미지에만 적합할 뿐 3차원 이미지를 만들기에는 정보량이 부족하기 때문에 3차원 디스플레이로 사용하지 못했다.

연구팀은 이 문제 해결을 위해 공간광파면 조절기만 사용하는 대신 간유리를 추가적으로 활용해 빛을 무작위로 산란시켰다. 무작위로 산란된 빛은 여러 방향으로 퍼지기 때문에 넓은 각도에서 시청 가능하고 영상 크기도 확대된다.

하지만 무작위한 패턴을 갖기 때문에 특별한 제어 없이는 3차원 이미지를 볼 수 없다. 연구팀은 빛의 결맞음(파동이 간섭 현상을 보이는 성질) 정도에 대한 수학적인 상관관계를 활용해 빛을 적절히 제어해 이 문제를 해결했다.

연구팀이 가로, 세로, 높이 2센티미터 영역에 약 35도의 시청각을 갖는 3차원 이미지를 제작해 실험한 결과 기존 공간대역폭 보다 약 2600배 이상 향상된 결과를 나타냈다.

연구팀의 홀로그래픽 디스플레이는 기존 공간광파면 조절기에 간유리를 추가하는 것만으로 제작이 가능해 일반적인 디스플레이 장치와 결합해 상용화가 가능할 것으로 기대된다.

1저자인 유현승 학생은 "물체의 인식을 방해한다고 여겨진 빛의 산란을 적절히 이용해 기존 3차원 디스플레이보다 향상된 이미지를 만들 수 있다"며 "특수 안경 없이 볼 수 있는 실용적인 디스플레이의 기반이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 시간역행반사 창의연구단 사업과 미래유망융합기술파이오니어사업의 지원으로 수행됐으며, 연구성과는 광학 분야 국제 학술지인 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)' 24일자 온라인 판에 게재됐다. 

3차원 홀로그래픽 디스플레이 모식도.<자료=KAIST 제공>
3차원 홀로그래픽 디스플레이 모식도.<자료=KAIST 제공>
저작권자 © 헬로디디 무단전재 및 재배포 금지