영화 '아이언맨'이나 '아바타' 등  영화 속에 나오는 홀로그램은 우리가 생각하는 대표적인 미래 기술 중 하나입니다.

홀로그램은 완전함을 의미하는 'holo'와 메시지, 정보를 뜻하는 'gram'의 합성어로 실물처럼 입체로 보이는 3차원 영상이나 이미지를 말합니다. 1948년 영국 물리학자 데니스 가보르(Dennis Gabor)가 핵심 원리를 발견해 노벨상을 수상한 이 기술은 1960년대 간섭성을 가진 레이저가 개발된 후 본격적으로 연구개발되기 시작합니다.

지난 5월 삼성디스플레이는 SID 2016 전시회에서 <디지털 홀로그래픽 3D> 제품을 선보였는데요. 이 제품을 연구 개발하고 있는 삼성디스플레이 연구원들에게서 홀로그래피 기술 원리와 디스플레이에 관한 설명을 들어 보겠습니다.

홀로그램의 기본 원리는 무엇인가요?

홀로그램은 빛의 간섭현상에 의해 입체 영상이 구현되는 것으로 아날로그와 디지털 방식이 있습니다.

2개의 레이저 광선을 하나는 반사경에, 다른 하나는 피사체에 쏘아서 피사체에 난반사된 빛과 반사경에서 반사된 빛이 겹쳐지면 빛의 간섭 현상이 일어납니다. 이것을 간섭 무늬라고 하는데요. 아날로그 방식은 이를 기록하여 정지 입체 이미지를 만드는 것으로 우리가 흔히 보는 올록볼록한 3D 이미지가 담긴 책받침이나 지폐의 위조방지 표식에서 볼 수 있지요.

디지털 방식은 수학적 계산과 처리를 통해 간섭 무늬를 만들고 데이터로 기록하여 3D 영상을 재생하는 것입니다.

SID 2016에서 선보인 디지털 홀로그래픽 디스플레이 기술을 알려주세요.

디지털 홀로그래픽 디스플레이는 디스플레이를 통해 실시간 기록되는 이미지를 가간섭성이 있는 광원을 활용하여 3차원 입체 영상으로 구현한 것입니다. 가간섭성이란 길다란 실 같은 빛의 성질을 의미합니다. (형광등, 백열등, LED등은 이런 간섭성이 없어, 짧은 실 조각같은 광선이 사방으로 퍼져나가는 방식입니다.)  홀로그램은 광선들이 서로 만나 '간섭'하는 원리를 통해 이미지를 형성합니다. 광선들이 보강 간섭하는 위치에서 밝은 빛으로 된 '점'이 생기고 이러한 '점'을 수천 수만 개씩 원하는 이미지 패턴으로 만들어 주면 공간에 떠있는 3차원 입체 이미지가 만들어지는 것인데요. 이런 '간섭'으로 이루어지는 빛의 점들이 디스플레이로 얘기하면 '픽셀'의 역할을 한다고 볼 수 있답니다.

※ 간섭: 두개 이상의 빛의 파동이 한 점에서 만날 때 진폭이 서로 합해지거나 상쇄되는 현상. 보강간섭과 상쇄 간섭이 있다.

※ 보강간섭: 두 파동이 서로 만나 마루와 마루, 골과 골이 일치하여 원래 파동 진폭의 2배가 되는 것.

홀로그램 기술에서 디스플레이의 역할은 무엇인가요?

3차원 입체 영상을 구현하기 위해서는 패널에 특별한 패턴을 띄워, 백라이트에서 나오는 빛이 이 패턴을 통과하도록 하는데요. 패널에 띄우는 이 패턴은 구현하고자 하는 입체 이미지를 먼저 정하고 이를 수학적 원리로 역 계산하여 만들어 진 것입니다.

디스플레이는 각 픽셀 별로 통과한 백라이트 빛을 변조하여 수많은 광선으로 나누고 방향을 틀어주는 역할을 합니다. 빛이 회절하고 강도가 변하면서 특정 공간 상에 원하는 광선들이 만나 서로 간섭하게  만드는 것이지요.

※ 빛의 회절 : 빛이 진행 도중 틈이나 장애물을 만나면 그 뒤에까지 돌아 들어가는 현상

흔히 공연장에서 보는 가수들의 홀로그램 영상과는 어떤 차이가 있나요?

그 기술은 유사 홀로그램이라고 하는데요. 스테이지에 반투과형 스크린을 두고, 고해상도 프로젝션을 활용하여 영상을 쏘아 대형 투명 막에 투사하는 플로팅 방식입니다. 최근 스마트폰이나 태블릿을 홀로그램 프로젝터로 활용하여 직접 홀로그램을 만드는 방법이 유튜브 등에 소개되고 있는데요. 스마트폰에서 재생되는 동영상 위에 피라미드형 사각뿔을 거꾸로 올려놓고 홀로그램을 구현하는 것으로 역시 유사 홀로그램 방식 입니다.

[스마트폰을 활용한 유사 홀로그램 영상]

홀로그램이 상용화되기 위해선 어떤 점들이 해결되어야 할까요?

현재보다 시야각이 개선되어 더 넓은 시야에서도 편히 볼 수 있어야 합니다. 이를 위해서 PPI가 큰 고해상도 패널 개발은 기본인데요. 픽셀피치가 작을수록 홀로그램 3차원 이미지의 해상도가 좋아지고 시야각도 넓어질 수 있기 때문입니다. 또한 시스템의 소형화와 고속 화상 처리, 카메라 캡처 기술 등의 주변 기술도 함께 발전해야겠지요.

이 기술을 연구하면서 느낀점이 있다면?

지난 SID 2016 전시에서 홀로그래픽 3D 제품을 보기 위해 사람들이 줄을 서서 관람하는 것을 보고 홀로그래픽 기술이 많은 사람들에게 관심 받고 있다는 것을 다시 한번 확인할 수 있었습니다. 실제로도 이 기술에 관심이 높아지면서 투자도 활발히 이루어지고 있는 것으로 알고 있습니다.

한때 유행했던 3D TV 인기는 잠시 사그라들었지만, 안경 없이 쉽고 편하게 볼 수 있는 3D에 대한 연구는 지속될  수밖에 없는데요. 우리가 영화에서 봐 왔듯이 미래에는 결국 완성도 높은 3D 입체 이미지나 영상이 대세가 될 수  밖에 없다고 생각합니다.