안녕하세요? 할로파파입니다.
초실감 미래형 디스플레이를 위한 마이크로 디스플레이 기술에 대해 알아보겠습니다.
정보전달의 순서는
1. 마이크로디스플레이 기술의 배경
2. 국내외 시장 규모 및 전망,
3. 핵심기술 현황,
4. 기대효과 및 파급효과 순으로 진행하도록 하겠습니다.
1. 마이크로디스플레이 기술의 배경
1) 앞으로 마주하게 될 미래형 디스플레이는 이차원의 디스플레이 화면을 보던 것과 전혀 다른 방식으로 사람들의 상상을 현실로 끌어낼 수 있는 영상이 구현되는 디스플레이가 될 것이며, 이를 잘 표현할 수 있는 기술이 가상/증강현실 기술과 디지털 홀로그래피 기술이다. 이러한 기술을 실현하기 위한 핵심부품이 마이크로디스플레이와 공간광변조기(Spatial Light Modulator, SLM)이며, 현재 국내 기술로 된 고해상도의 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 공간광변조기기가 개발 중이다.
2) 가상/증강현실 기술과 디지털 홀로그래피 기술을 사용하게 될 세상은 다음과 같다.
- (자동차) 차량용 HUD(Head Up Display)를 통해 실시간 주행 정보 및 경로를 운전자의 눈과 적절한 거리의 유리창에 표시되어 보다 편리하게 운전할 수 있다.
- (교육) 1차원의 그림으로 설명되어 있어 이해가 어려울 수 있는 개념을 실감 나는 3D 그림을 활용하여 교육 이해도와 학습력, 재미를 높일 수 있다.
- (쇼핑) 모든 상품이 홀로그램으로 보이고 소비자의 눈길이 가는 상품에 대해 자동으로 댓글과 핵심 정보 등 자료까지 눈앞에 띄워줌으로 보다 편리하게 쇼핑을 할 수 있다.
- (의료) 육안으로 확인할 수 없는 병변(질병 부분)의 위치를 의료영상에서 확인하고 수술 부위를 표시함으로써 더욱 정밀한 수술이 가능하다.
3) 앞으로 마주하게 될 미래형 디스플레이의 특징은 다음과 같다.
- 첫째, 사용자들이 지금까지 이차원의 디스플레이 화면을 보던 것과 전혀 다른 방식으로 영상을 보고 체험할 수 있게 된다.
- 둘째, 스마트폰의 대중화로 촉발된 디스플레이의 모바일화가 더욱 가속될 뿐만 아니라 HMD, 스마트글라스 등의 웨어러블 개념에서 진화할 것으로 예상된다.
- 셋째, 소비자들의 상상을 현실로 끌어낼 수 있는 영상이 구현된다.
4) 이러한 미래형 디스플레이 특징을 가장 잘 표현할 수 있는 기술이 가상/증강현실 기술과 홀로그래피 기술이며, 미래형 디스플레이의 최종적인 목표는 홀로그램 기반의 가상/증강현실 구현이라고 할 수 있다.
5) 가상/증강현실 구현을 위해 마이크로디스플레이가 주목받고 있으며, 국내외 많은 기업이 LCoS, OLEDoS(OLED on Silcon), Micro-LED 등의 다양한 기술들을 개발하고 있다. 또한, 디지털 홀로그램을 구현하기 위한 핵심디스플레이인 공간광변조기 개발에 관한 관심도 증가하고 있다.
6) 5G 네트워크의 상용화로 인해 대용량 데이터 처리가 가능해짐에 따라 자동차, 의료/헬스케어, 유통 및 광고, 교육 분야 등 다양한 산업 분야에서 홀로그래피 기술 활용이 예상되며, 이에 따라 홀로그램 시장 규모가 크게 성장할 것으로 예상하고 더불어 공간광변조기 시장도 동반 성장할 것으로 전망하고 있다.
2. 국내외 시장 규모 및 전망
1) 국내 홀로그램 시장 규모 및 전망
- 국내 홀로그램 시장은 2020년 총 8,155억 원 수준으로 추정되며, 연평균 10%씩 지속적으로 성장하여 2025년 1조 4,394억 원 규모로 성장할 것으로 전망하고 있다.
- 의료기기 등 산업 장비 비중은 점차 감소하는 반면, 보안/인증 및 인쇄/전시 분야의 비중이 증가할 것으로 전망하고 있다.
[표] 국내 홀로그램 시장 전망
*출처 : Global Industry Analysts.Inc, "Holography for Industrial Applications", 2014.9
2) 세계 홀로그램 시장규모 및 전망
- 세계 홀로그램 시장은 2020년 총 348억 불 수준으로 추정되며, 연평균 14%의 성장률을 보이며, 2025년 743억 불 규모로 성장할 전망이다.
- 세계 홀로그램 시장의 성장요인은 의료 및 상업용 부분에서 디지털 홀로그래피 디스플레이 활용, 정밀한 측정을 위한 디지털 홀로그래피 현미경 사용 증가, 금용 부문에서 보안 목적으로의 디지털 홀로그래피 채택 증가가 주요 원인으로 꼽히며, 홀로그램 모바일 단말이 2025년, 홀로그램 TV 수상기가 2027년경부터 본격적으로 상용화될 것으로 전망하고 있다.
[표] 세계 홀로그램 시장 전망
*출처 : Global Industry Analysts.Inc, "Holography for Industrial Applications", 2014.9
3) 세계 공간광변조기시장 규모 및 전망
- 홀로그램 시장이 성장함에 따라 세계 공간광변조기시장은 연 16%씩 성장이 예상되며 2022년도에는 약US$ 553milion에 이를 것으로 전망하고 있다.
3. 핵심기술 현황
1) 과제 핵심기술
- 디지털 홀로그래피 기술은 가간섭성(Coherent) 광원과 공간광변조를 사용하여 3차원 영상에 해당하는 파면을 재현하는 디스플레이 기술로서 빛이 지니는 위상 정보를 간섭 무늬의 형태로 기록하여 영상을 구현하는 기술이기에 빛의 진폭이나 위상 정보를 위치에 따라 변화시킬 수 있는 공간광변조기의 성능이 곧 디지털 홀로그램의 성능을 결정한다고 볼 수 있다.
- 디지털 홀로그램의 구현 원리를 살펴보면
① 일반적인 2D 영상에 영상의 깊이(Depth) 정보를 포함한 CGH(Computer Generated Hologram) Pattern으로 변환하여
② 이를 공간광변조기 화면에 디스플레이한 후에
③ 레이저와 같은 가간섭상(Coherent)광원을 공간광변조기에 비추면
④ 공간광변조기에서 반사된 광의 간섭과 회절 현상에 의해 깊이 정보를 가진 3D 영상이 재현되는 방식이다.
- 현재 개발중인 기술은 디지털 홀로그램을 구현하는데 있어 핵심기술인 공간광변조기를 개발하여 이를 통해 기존 양안시차에 의한 3D 영상보다 더욱 완벽한 3D 영상을 구현하는 것이다.
- 또한 다양한 깊이 정보가 요구되는 가상현실 글라스 및 AR HUD에 우선적으로 적용 테스트를 시행하여 궁극적으로는 5G 네트워크 기술과의 융합을 통한 홀로그램 구현 등에 활용할 수 있는 기술을 개발하로 자 한다.
- 공간광변조는 일반적으로 진폭변조 방식의 DMD(Digital Micro Mirror) 공간광변조기와 위상변조 방식의 LCoS 공간광변조기를 사용하고 있다. 그중 LCoS 공간광변조기가 작은 픽셀피피와 높은 필팩터 구현이 가능하며 액정 기술을 사용하여 빛의 위상을 직접적으로 조졸하기에 디지털 홀로그램의 화질 면에서는 유리하다고 알려져 있다.
- (아날로그 구동방식의 4K UHD해상도 기판기술 개발) 기판 구동방식에는 아날로그 방식과 디지털 방식이 있으며, 디지털 방식 구동기판은 폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 방식으로 계조를 표현하기에 상(Phase) 안정성 정도가 우려되나 아날로그 방식 구동기판은 액정상을 직접적으로 제어하기 때문에 계조별로 안정된 위상표현이 가능하여 디지털 홀로그램을 구현하는데 적합한 방식이다.
- (액정 개발) 위상변조 방식의 LCoS 공간광변조기는 액정의 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드를 주로 사용한다. ECB 모드는 전압이 인가되지 않았을 경우에는 액정이 전극 표면에 나란히 정렬되어 있지만, 전압이 문턱전압(Vth) 이상으로 인가되면 액정이 전기장 방향으로 틀어지면서 액정의 굴절율 이방성 특성에 의해 빛의 위상이 변하게 된다.
4. 기대효과 및 파급효과
1) 고해상도의 LCoS 공간광변조기 개발을 통한 국내 홀로그래피 기술 수준 향상 기대
- 디지털 홀로그램의 기술 개발이 활발해짐에 따라 공간광변조기의 수요 또한 증가하고 있다.
- 현재 상용화되고 있는공간광변조기는 모두 고가의 해외 제품으로서 국내의 홀로그램 연구기관에서도 해외 제품을 사용하고 있다.
- 국내 기술개발을 통해 LCoS 공간광변조기는 현재 상용화되고 있는 최고 수준의 LCoS 공간광변조기보다 우수한 특성을 가지고 있기에 국내 홀로그램 연구기관으로부터 많은 관심을 받고 있으며, 이를 활용하여 디지털 홀로그램 분야에서 다양한 연구가 이루어질 것을 기대된다.
2) 다양한 전후방 산업 분야에서 신시장 창출 및 양질의 고용 확대 효과 기대
- 공강관변조기 기술발전으로 인해 디지털 홀로그래픽 디스플레이 시장의 성장이 예상되며, 기존 산업 기술과의 융합을 통해 의료 방송/통신, 교육 그리고 자동차 등의 다양한 분야에서 산업 고도화 실현이 가능하다.
- 홀로그램 구현 가능한 웨어러블 디바이스 상용화를 위한 광학/전자소재부품의 활성화 및 실감콘체츠 분야 등에서의 신시장 창출이 기대된다.
공간광변조기 개발 >> 디지털 홀로그램 기술개발 >> 마이크로 디스플레이 실현!! 영화에서만 보던 가상/증강현실이 곧 실현될 것 같습니다. 관련 산업은 지속적으로 발전할 것으로 보이죠~^^
지금까지 미래형 디스플레이를 위한 마이크로 디스플레이 기술 개발에 대해 알아보았습니다.
감사합니다. ^^
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