홀로그래픽 디스플레이

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1. 개요
2. 역사
3. 홀로그래픽 디스플레이의 종류
4. 홀로그램과 유사한 디스플레이
5. 홀로그래픽 디스플레이에 사용되는 기술
참조

1. 개요

홀로그래픽 디스플레이는 3차원 이미지를 생성하는 기술로, 1947년 데니스 가보어가 홀로그램 개념을 처음으로 떠올린 이후 레이저 기술 발전과 함께 연구되어 왔다. 1960년대 이후 백색광 반사 홀로그램, 백색광 투과 홀로그래피 등의 기술이 개발되었고, 2005년에는 최초의 실제 3D 홀로그래픽 디스플레이가 개발되었다. 홀로그래픽 디스플레이는 레이저 플라즈마, 미세자기 피스톤, 홀로그래픽 텔레비전, 터치 가능한 홀로그램 등 다양한 종류가 있으며, 레이저, 전기 홀로그래피, MEMS 기술 등을 활용한다.

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홀로그래픽 디스플레이
개요
홀로그램 개 이미지
유형	3차원 디스플레이
기술	간섭 회절
용도	데이터 저장 보안 엔터테인먼트
상세 정보
원리	홀로그래피는 빛의 간섭 현상을 이용하여 3차원 이미지를 기록하고 재현하는 기술이다.
기록 과정	물체에서 반사된 빛과 기준광을 간섭시켜 홀로그램에 기록한다. 홀로그램은 빛의 강도와 위상 정보를 모두 기록한다.
재현 과정	홀로그램에 빛을 비추면 회절 현상에 의해 3차원 이미지가 재현된다. 재현된 이미지는 실제 물체와 동일한 입체감을 제공한다.
종류	투과형 홀로그램: 빛을 투과시켜 이미지를 보는 방식 반사형 홀로그램: 빛을 반사시켜 이미지를 보는 방식 컴퓨터 생성 홀로그램: 컴퓨터를 이용하여 홀로그램을 생성하는 방식
응용 분야	디스플레이: 3차원 영상 표시 데이터 저장: 대용량 데이터 저장 보안: 위조 방지 기술 의료: 3차원 의료 영상 예술: 홀로그램 예술 작품
장점 및 단점
장점	실제와 같은 입체감 제공 넓은 시야각 다양한 각도에서 관찰 가능
단점	제작 비용이 높음 특수한 환경 필요 완벽한 색상 재현의 어려움

2. 역사

1947년 헝가리 과학자 데니스 가보어가 전자 현미경의 해상도를 개선하는 과정에서 홀로그램 개념을 고안하고, "holos"(전체)와 "gramma"(메시지)를 결합하여 홀로그래피라는 용어를 만들었다.^[1] 1960년 니콜라이 바소프, 알렉산드르 프로호로프, 찰스 타운스가 레이저를 개발하여 홀로그래피 발전에 기여했다. 1962년 유리 데니시유크는 백열전구로 볼 수 있는 백색광 반사 홀로그램을 발명했고, 1968년 스티븐 벤턴은 백색광 투과 홀로그래피를 발명하여 전체 색상 스펙트럼을 재현했다. 1972년 로이드 크로스는 움직이는 3차원 이미지를 재현하는 전통적인 홀로그램을 제작했다.^[1]

1989년 MIT 공간 이미징 그룹은 자기파와 음향 광학 센서를 사용하여 움직이는 영상을 디스플레이에 표현하는 전자기 홀로그래피를 개척했다.^[1] 2005년 텍사스 대학교는 레이저 플라즈마 디스플레이를 개발했다. 2011년 DARPA는 동적 디지털 홀로그래픽 탁상 디스플레이인 UPST(Urban Photonic Sand Table) 프로젝트를 발표했다.^[2] 2012년 자동차 대화형 내비게이션 디스플레이 시스템에 홀로그래픽 디스플레이가 구현되었고, 라이칸 하이퍼스포트를 통해 선보였다.^[3] 2013년 MIT 연구원 마이클 보브는 홀로그래픽 디스플레이가 10년 안에 대중 시장에 진입할 것이라고 예측했다.^[4]

2. 1. 홀로그래피의 기원

1947년 - 헝가리 과학자 데니스 가보어는 전자 현미경의 해상도를 개선하려는 과정에서 처음으로 홀로그램의 개념을 떠올렸다. 그는 "전체"를 의미하는 그리스어 "holos"와 "메시지"를 의미하는 "gramma"를 결합하여 홀로그래피라는 이름을 만들었다.^[1]

1960년 - 러시아 과학자 니콜라이 바소프와 알렉산드르 프로호로프, 그리고 미국 과학자 찰스 타운스에 의해 세계 최초의 레이저가 개발되었다. 이는 오늘날의 일부 홀로그래픽 디스플레이의 기반이 되는 레이저 기술이기에 홀로그래피에 있어서 중요한 이정표가 되었다.^[1]

1962년 - 유리 데니시유크는 일반 백열전구에서 나오는 빛으로 볼 수 있는 최초의 홀로그램인 백색광 반사 홀로그램을 발명했다.^[1]

1968년 - 스티븐 벤턴은 백색광 투과 홀로그래피를 발명했다. 이 홀로그래피는 백색광을 구성하는 7가지 색상을 분리하여 전체 색상 스펙트럼을 재현할 수 있다는 점에서 독특했다.^[1]

1972년 - 로이드 크로스는 백색광 투과 홀로그래피를 사용하여 움직이는 3차원 이미지를 재현함으로써 최초의 전통적인 홀로그램을 제작했다.^[1]

2. 2. 초기 홀로그램 개발

1947년 - 헝가리 과학자 데니스 가보어는 전자 현미경의 해상도를 개선하려는 과정에서 처음으로 홀로그램의 개념을 떠올렸다. 그는 "전체"를 의미하는 그리스어 "holos"와 "메시지"를 의미하는 "gramma"를 결합하여 홀로그래피라는 이름을 만들었다.^[1]

1960년 - 러시아 과학자 니콜라이 바소프와 알렉산드르 프로호로프, 그리고 미국 과학자 찰스 타운스에 의해 세계 최초의 레이저가 개발되었다. 이는 오늘날의 일부 홀로그래픽 디스플레이의 기반이 되는 레이저 기술이기에 홀로그래피에 있어서 중요한 이정표가 되었다.^[1]

1962년 - 유리 데니시유크는 일반 백열전구에서 나오는 빛으로 볼 수 있는 최초의 홀로그램인 백색광 반사 홀로그램을 발명했다.^[1]

1968년 - 스티븐 벤턴은 백색광 투과 홀로그래피를 발명했다. 이 홀로그래피는 백색광을 구성하는 7가지 색상을 분리하여 전체 색상 스펙트럼을 재현할 수 있다는 점에서 독특했다.^[1]

1972년 - 로이드 크로스는 백색광 투과 홀로그래피를 사용하여 움직이는 3차원 이미지를 재현함으로써 최초의 전통적인 홀로그램을 제작했다.^[1]

2. 3. 홀로그래픽 디스플레이의 발전

1947년 - 헝가리 과학자 데니스 가보어는 전자 현미경의 해상도를 개선하려는 과정에서 처음으로 홀로그램의 개념을 떠올렸다. 그는 "전체"를 의미하는 그리스어 "holos"와 "메시지"를 의미하는 "gramma"를 결합하여 홀로그래피라는 이름을 만들었다.^[1]
1960년 - 러시아 과학자 니콜라이 바소프와 알렉산드르 프로호로프, 그리고 미국 과학자 찰스 타운스에 의해 세계 최초의 레이저가 개발되었다. 이는 오늘날의 일부 홀로그래픽 디스플레이의 기반이 되는 레이저 기술이기에 홀로그래피에 있어서 중요한 이정표가 되었다.^[1]
1962년 - 유리 데니시유크는 일반 백열전구에서 나오는 빛으로 볼 수 있는 최초의 홀로그램인 백색광 반사 홀로그램을 발명했다.^[1]
1968년 - 스티븐 벤턴은 백색광 투과 홀로그래피를 발명했다. 이 홀로그래피는 백색광을 구성하는 7가지 색상을 분리하여 전체 색상 스펙트럼을 재현할 수 있다는 점에서 독특했다.^[1]
1972년 - 로이드 크로스는 백색광 투과 홀로그래피를 사용하여 움직이는 3차원 이미지를 재현함으로써 최초의 전통적인 홀로그램을 제작했다.^[1]
1989년 - MIT 공간 이미징 그룹은 자기파와 음향 광학 센서를 사용하여 움직이는 영상을 디스플레이에 표현하는 전자기 홀로그래피를 개척했다.^[1]
2005년 - 텍사스 대학교는 최초의 실제 3D 홀로그래픽 디스플레이로 여겨지는 레이저 플라즈마 디스플레이를 개발했다.
2011년 - DARPA는 동적 디지털 홀로그래픽 탁상 디스플레이인 UPST(Urban Photonic Sand Table) 프로젝트를 발표했다.^[2]
2012년 - 최초의 홀로그래픽 디스플레이가 자동차의 대화형 내비게이션 디스플레이 시스템에 구현되었다. 이 기술은 고급 럭셔리 자동차인 라이칸 하이퍼스포트를 통해 선보였다.^[3]
2013년 - MIT 연구원 마이클 보브는 홀로그래픽 디스플레이가 향후 10년 안에 대중 시장에 진입할 것이며, 이미 홀로그래픽 디스플레이에 필요한 모든 기술을 갖추고 있다고 예측했다.^[4]

3. 홀로그래픽 디스플레이의 종류

홀로그래픽 디스플레이는 다양한 기술을 사용하여 3차원 이미지를 구현한다.

레이저 플라즈마 방식: 2005년 텍사스 대학교에서 개발되었으며, 공기 중의 산소와 질소 분자를 강력한 레이저로 플라즈마 상태로 만들어 이미지를 생성한다. 화면이나 외부 굴절 매체 없이 공기 중에 이미지를 투사할 수 있지만, 해상도와 화질이 떨어진다는 단점이 있다.
미세자기 피스톤 디스플레이: 2011년 벨기에 IMEC에서 개발되었으며, MEMS 기반 구조를 사용한다. 수천 개의 미세한 피스톤을 조작하여 픽셀 역할을 하게 하고, 원하는 파장의 빛을 반사시켜 이미지를 표현한다. 현재 프로토타입 단계이며, 높은 비용, 대형 화면 제작의 어려움, 기계적 고장 가능성 등의 제약이 있다.
홀로그래픽 텔레비전 디스플레이: 2013년 MIT 연구원 마이클 보브 박사가 개발했다. 마이크로소프트 키넥트 카메라를 사용하여 3차원 공간에서 피사체를 캡처하고, PC 그래픽 카드로 이미지를 처리하여 레이저 다이오드로 복제한다. 생성된 이미지는 360도 모든 각도에서 볼 수 있어 공간적 원근감을 제공한다. 보브 박사는 2023년까지 이 기술이 널리 보급될 것이라고 예측했다.^[6]
터치 가능한 홀로그램: 일본에서 처음 개발되었고, 인텔에서 더욱 발전시켰다. 사용자의 손길을 공기 중의 움직임으로 감지하고, 초음파 공기 분사를 통해 촉각 피드백을 제공한다.^[7]^[8] 인텔은 이 기술을 시연하기 위해 터치 없이 반응하는 피아노를 선보였다. 공공 키오스크와 같이 세균 및 바이러스 전염을 막아야 하는 곳에서 유용하게 사용될 수 있다.^[7]^[8]

3. 1. 레이저 플라즈마

레이저 플라즈마 디스플레이는 2005년 텍사스 대학교에서 개발되었으며, 공기 중의 산소 및 질소 분자와 플라즈마 여기(勵起)를 생성하기 위해 원하는 위치에 빛을 집중시키는 일련의 강력한 레이저를 사용한다. 이러한 유형의 홀로그래픽 디스플레이는 화면이나 외부 굴절 매체 없이 얇은 공기 중에서 이미지를 생성할 수 있다. 레이저 플라즈마 디스플레이는 매우 밝고 시각적인 물체를 묘사할 수 있지만 해상도와 화질 측면에서 부족한 점이 있다.

3. 2. 미세자기 피스톤 디스플레이

피스톤 디스플레이는 2011년 벨기에 회사 IMEC이 발명했으며, MEMS (미세 전자기계 시스템) 기반 구조를 사용한다. 이 유형의 디스플레이에서는 수천 개의 미세한 피스톤을 위아래로 조작하여 픽셀 역할을 할 수 있으며, 픽셀은 원하는 파장의 빛을 반사하여 이미지를 표현한다. 이 개발 기술은 현재 프로토타입 단계에 있으며, IMEC는 자사의 "픽셀"을 보다 효과적으로 움직일 수 있는 메커니즘을 개발하고 있다. 이 유형의 디스플레이의 몇 가지 제약 사항으로는 높은 비용, 대형 화면 제작의 어려움, 그리고 비교적 많은 수의 움직이는 부품(미세 피스톤)으로 인한 기계적 고장의 취약성이 있다.

3. 3. 홀로그래픽 텔레비전 디스플레이

홀로그래픽 텔레비전 디스플레이는 2013년 MIT 연구원 마이클 보브 박사가 개발했다. 보브 박사는 3차원 공간에서 피사체를 비교적 효과적으로 캡처하기 위해 마이크로소프트 키넥트 카메라를 사용했다. 그런 다음 PC 그래픽 카드로 이미지를 처리하고 일련의 레이저 다이오드로 복제한다. 생성된 이미지는 완전한 3차원이며 모든 360도에서 볼 수 있어 공간적 원근감을 얻을 수 있다. 보브 박사는 이 기술이 2023년까지 널리 보급될 것이며, 이 기술의 비용이 현재 일반 소비자 TV와 비슷할 것이라고 주장한다.^[6]

3. 4. 터치 가능한 홀로그램

터치 가능한 홀로그램은 원래 일본에서 발명되었으며, 미국의 마이크로프로세서 회사인 인텔에 의해 더욱 발전되었다. 터치 가능한 홀로그램 기술은 ''스타워즈''와 특히 ''스타 트렉'' TV 시리즈와 같은 SF 영화에서 볼 수 있는 홀로그램 디스플레이의 현대적인 표현에 가장 가깝다.^[7]^[8] 이 디스플레이는 사용자의 손길을 공기 중의 움직임을 감지하여 감지할 수 있다는 점에서 독특하다. 그런 다음 이 장치는 반대로 초음파 공기 분사를 보내 촉각 피드백을 사용자에게 제공한다. 인텔은 이 기술 시연에서 터치리스, 반응성 피아노를 표현하는 디스플레이를 선보였다. 이 기술의 가능한 구현으로는 공공 키오스크의 대화형 디스플레이가 있다. 이러한 유형의 디스플레이는 사용자가 화면을 물리적으로 터치할 필요가 없으므로 세균과 바이러스가 전염되지 않도록 보장한다.^[7]^[8]

4. 홀로그램과 유사한 디스플레이

미쓰비시는 홀로그램과 유사한 '공중 디스플레이'를 개발하고 있다.^[9]

5. 홀로그래픽 디스플레이에 사용되는 기술

홀로그래픽 디스플레이는 3차원 이미지를 만들기 위해 여러 기술을 사용한다. 주요 기술로는 레이저, 전기 홀로그래피, 전체 시차 홀로그래피, MEMS(미세 전자기계 시스템) 등이 있다.

레이저: 현대 홀로그램은 대부분 광원으로 레이저를 사용한다.
전기 홀로그래피 (Electroholography): 전자기 공명기를 사용하여 저장된 이미지 데이터를 전송하는 디지털 디스플레이 방식이다.
전체 시차(Full Parallax) / HPO / VPO: 전체 시차 홀로그래피는 x축과 y축 방향 모두에서 광학 정보를 전달한다. 수평 시차 전용(HPO) 및 수직 시차 전용(VPO) 디스플레이는 한 방향으로만 광학 정보를 전달하여 계산 및 데이터 전송 부담을 줄인다.
MEMS (미세 전자기계 시스템): 매우 작은 움직이는 부품을 설계에 통합할 수 있게 해주는 기술이다.

5. 1. 레이저

현대 홀로그램은 대부분 광원으로 레이저를 사용한다. 이러한 종류의 홀로그램에서 레이저는 장면을 비추고, 장면에서 반사된 빛은 기록 장치로 향한다. 또한 레이저의 일부는 기준 빔 역할을 하기 위해 디스플레이의 특정 영역을 직접 비춰야 한다. 기준 빔의 목적은 기록 장치에 배경광, 그림 각도 및 빔 프로파일과 같은 정보를 제공하는 것이다. 그런 다음 이미지의 그림 충실도 변화를 보정하기 위해 처리한 후 디스플레이로 전송한다.

5. 2. 전기 홀로그래피 (Electroholography)

전기 홀로그래픽 디스플레이는 전자기 공명기를 사용하여 저장된 이미지 데이터를 전송하는 디지털 디스플레이이다. 이러한 신호는 음향-광학 변조기에 의해 읽혀져 읽을 수 있는 이미지로 변환되어 RGB 레이저 모니터에 표시된다. 전기 홀로그래픽 디스플레이는 화질 정확도와 색상 범위 측면에서 기존 디스플레이보다 유리하다.

5. 3. 전체 시차 / HPO / VPO

전체 시차 홀로그래피는 x축과 y축 방향 모두에서 광학 정보를 전달하는 과정이다. 따라서 결과 이미지는 모든 시청자에게 시청 각도에 관계없이 동일한 장면의 원근감을 제공한다.

수평 시차 전용(HPO) 및 수직 시차 전용(VPO) 디스플레이는 두 방향으로만 광학 정보를 전달한다. 이 디스플레이 방식은 특정 시야각에서 이미지를 부분적으로 손상시키지만, 훨씬 적은 계산 능력과 데이터 전송을 요구한다. 사람의 눈은 나란히 위치하므로, HPO 디스플레이는 일반적으로 VPO 디스플레이보다 선호되며, 때로는 처리 능력에 대한 요구가 적기 때문에 전체 시차 디스플레이보다 선호되기도 한다.

5. 4. MEMS (미세 전자기계 시스템)

MEMS(미세 전자기계 시스템) 기술은 홀로그래픽 디스플레이가 매우 작은 움직이는 부품을 설계에 통합할 수 있게 해준다. MEMS를 활용한 디스플레이의 대표적인 예는 피스톤 디스플레이이다. 디스플레이에 사용되는 마이크로 피스톤은 컴퓨터 모니터의 픽셀처럼 작동하여 선명한 화질을 구현할 수 있다.

참조

_[1] 웹사이트 History of the holography http://www.holograph[...] 2016-02-02
_[2] 웹사이트 DARPA's Urban Photonic Sandtable Display enables 3D battlefield planning without goofy glasses https://www.engadget[...] 2022-08-31
_[3] Youtube Hologram touch UI in Lykan Hypersport supercar https://www.youtube.[...] 2022-08-31
_[4] 웹사이트 The Progression of Holography into Business– An interview with Dr. V. Michael Bove, Jr. MIT Media Lab https://web.archive.[...] 2016-02-12
_[5] 웹사이트 5 Amazing Holographic Displays, Technologies That Actually Exist Now - TechEBlog http://www.techeblog[...] 2016-02-02
_[6] 웹사이트 3-D TV? How about Holographic TV? https://www.media.mi[...] 2022-12-15
_[7] 뉴스 Japanese scientists create touchable holograms https://www.reuters.[...] 2015-11-30
_[8] 웹사이트 Touchable 3D holograms in daylight now possible using superfast femtosecond lasers http://www.ibtimes.c[...] 2016-02-12
_[9] 웹사이트 Mitsubishi is developing a hologram-like 'Aerial Display' http://www.techradar[...]

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