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1㎛ 단위 픽셀기술로 72K급 초고화질 홀로그램 만든다

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1㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1m) 단위 픽셀 기술로 구현한 3차원(3D) 홀로그램 영상. [사진 제공 = 한국전자통신연구원]


국내 연구진이 디스플레이 화면을 구성하는 단위인 픽셀의 크기와 간격을 세계에서 가장 작은 1㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1m) 수준으로 대폭 줄여 홀로그램 영상 화질을 기존 대비 250배 높이고, 시야각도 10배 이상 높이는 데 성공했다. 자연에 가까운 홀로그램을 비롯한 초고화질 영상 콘텐츠를 구현할 수 있는 디스플레이 패널 개발을 앞당길 것으로 기대를 모은다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 픽셀 크기와 간격을 1㎛ 수준까지 줄여 홀로그램 화질을 72K급 초고해상도로 높여 주는 픽셀 기술을 개발했다고 23일 밝혔다. 또 기존에는 홀로그램을 2~3도 범위의 좁은 각도(시야각)에서만 볼 수 있었지만, 연구진은 시야각을 30도까지 높이는 데도 성공했다.

홀로그램 구현에는 주로 액정을 이용한 공간 광변조 기술이 쓰인다. 액정에 전압을 걸어 빛의 위상을 바꿔 영상을 만드는 원리다. 이때 홀로그램 영상의 화질과 시야각을 높이기 위해서는 액정에 쓰이는 소자의 픽셀 사이의 간격을 줄이는 게 관건이다.

연구진은 픽셀을 평면으로 설계하지 않고 수직으로 쌓는 수직 적층형 박막트랜지스터 구조를 고안해냈다. 한 평면에 형성됐던 픽셀 구성요소들을 수직으로 쌓아 필요 면적을 최소화 함으로써 픽셀 크기와 간격을 대폭 줄인 것이다.

1㎛급 픽셀 기술을 활용하면 기존 8K 대비 250배 화질이 높은 72K급 초고해상도의 디스플레이 패널 제조가 가능하다는 게 연구진의 설명이다. 현재 8K UHD급 고화질 TV의 1인치당 픽셀수(PPI)는 약 100개 수준인데, 픽셀 간격이 1㎛ 수준으로 줄면 PPI를 2만5000개 이상으로 늘릴 수 있다. 이는 72K급 초고화질에 해당한다.

연구진은 이 기술을 적용해 총 5100만개(1만6000×3200개) 픽셀로 구성된 2.2인치 크기의 디스플레이 패널을 제작하고, 이달 12일(현지 시각)부터 6일간 미국 산호세에서 열린 국제 학회인 '디스플레이 위크 2019'에서 3차원(3D)으로 움직이는 소용돌이 형태의 초고화질 홀로그램 영상을 시연했다. 이번 연구 성과는 이번 학회에서 우수논문상을 받았다.

연구진은 연내 72K 해상도의 3.1인치급 공간광변조기를 개발하고, 프로젝션 기술을 바탕으로 홀로그램 영상 크기를 20인치급으로 확대할 계획이다. 공간광변조기는 별도의 광학장치 없이 자연스러운 홀로그램 영상을 구현할 수 있도록 해 준다.

황치선 ETRI 실감디스플레이연구그룹장은 "본 기술은 홀로그램뿐 아니라 마이크로디스플레이(μLED), 증강현실(AR)과 가상현실(VR) 등 다양한 초고해상도 디스플레이를 비롯해 초고속 통신용 부품, 각종 영상 장치 등에 폭넓게 적용 가능하다"며 "향후에는 ㎛를 넘어 나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m)급 픽셀 기술도 개발할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

[송경은 기자]

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