시야각 좁은 홀로그램 디스플레이, 상용화 실마리 찾았다

ETRI

채병규 ETRI 책임연구원이 홀로그램 영상 시야각 확대 연구를 수행하고 있다. ETRI 제공

국내 연구진이 홀로그램 디스플레이의 시야각 확대 문제를 풀 실마리를 찾았다. 

한국전자통신연구원(ETRI)는 홀로그램 디스플레이 상용화의 최대 걸림돌로 알려진 기존 3.8도 내외의 협소한 시야각 문제를 해결할 연구 방향을 찾아 국제학술지 '옵틱스 익스프레스'에 10월 24일 발표하고 미국광학회 주요 연구 결과 영상으로 지난 6일 소개됐다고 24일 밝혔다. 

홀로그램 디스플레이는 박물관 전시 등에 사용하는 아날로그 필름 홀로그램 등과 달리, 디지털 홀로그램 기록장치를 통해 3차원 홀로그램 영상을 공중에 띄우는 방식이다. 그러나 좁은 시야각 등 문제가 있어 상용화에 어려움이 있다. 

아날로그 필름 홀로그램처럼 30도 이상의 시야각을 확보하려면 수백 나노미터(nm)의 해상도를 가진 홀로그램 전자기록장치가 필요한데, 현재 상용소자의 화소(픽셀) 크기는 수 마이크로미터(㎛) 정도여서 시야각을 넓히는 데 한계가 있다.

ETRI 연구팀은 홀로그램 영상의 시야각이 화소 크기에 대한 회절각보다는 홀로그램 영상 분해능에 의존한다는 사실에 주목했다. 영상 분해능은 영상에서 서로 떨어져 있는 두 점들을 구별할 수 있는 능력을 말한다. 광학시스템의 밝기를 표현하는 물리량인 개구수가 높을수록 영상 분해능이 좋아진다. 

연구팀은 개구수는 홀로그램의 크기와 영상이 뜨는 거리에 따라 결정되며 홀로그램이 뜨는 위치에 따라 분해능이 달라진다는 사실을 알아냈다. 분해능을 조절해 시야각을 넓히는 것이다.

8㎛ 화소를 갖는 홀로그램 전자기록장치도 충분히 가까운 거리에서 영상을 띄우면 시야각은 이에 비례해 4배, 8배 커져 30도 이상 만들 수 있게 된다. 

연구팀이 최적화 알고리즘을 개발해 고주파수 영역으로 확장한 디지털 홀로그램을 만들고 생성된 디지털 홀로그램을 수치해석적으로 분석한 결과, 홀로그램 화소 크기를 줄이지 않고도 영상 시야각을 기존 3.8도에서 13.1도로 4배까지 증가시킬 수 있었다.

다만 시야각을 3.8도에서 2배 증가시키려면 홀로그램 영상 크기도 2배 커져야하는데 이때 영상이 중첩돼 보이는 문제가 있었다. 연구팀은 "향후 이 문제를 해결할 광학적 필터링 방법을 개발해 홀로그램 디스플레이 실용화에 나설 것"이라고 밝혔다.   

[박건희 기자 wissen@donga.com]