빠른 빛 전환으로 실제 3차원 입체영상을 구현할 수 있는 디스플레이 기술이 개발됐다.

KAIST는 바이오및뇌공학과 장무석 교수팀이 일본 북해도대학 연구팀과 공동으로 세계 최고속도 3차원 광패턴 조명기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

광패턴 조명기술은 빛을 특정 패턴 또는 형태로 조절해 원하는 조명 효과를 얻는 기술로, 디스플레이나 빔프로젝터에 적용된다.

또 광패턴 조명기술은 최근 주목받는 가상현실(VR) 3차원 디스플레이, 금속가공, 뇌심부 스캐닝 현미경 등 다방면으로 사용되고 있다.

공간 광변조기는 빛을 화소단위로 조작해 원하는 이미지나 모양을 만들어내는 장치로, 빔 프로젝터나 3차원 디스플레이 기술 등에 사용된다.

때문에 공간 광변조기는 조명 패턴 전환을 고속으로 수행하는 게 관건이다.

현재 사용 중인 공간 광변조기 적용 기술로는 액정형 디스플레이나 디지털미러가 있는데, 통상 전환속도는 50마이크로초~10밀리초 수준이다.

이에 연구팀은 공간자유도-시간자유도 사이 치환개념을 구상, 이를 독자 개발한 초고속 1차원 광변조기와 산란 매질을 결합하는 방식으로 전환속도를 높였다.

실험결과 이는 현재 시판 중인 공간 광변조기보다 1,500배나 빠른 30나노초 수준의 전환속도를 기록하며 세계 최고속도 3차원 디스플레이 기술을 구현했다.

연구팀은 빛을 교란하는 산란매질 특성을 역이용해 1차원 광패턴을 사용자가 원하는 3차원패턴으로 변환하도록 복잡 광파면 조작기술을 활용했다. 

이 기술은 기존 특정 각도에서만 볼 수 있는 기존 2차원 유사 홀로그램과 달리 실제로 3차원 공간 광정보를 재구성해 입체영상을 만드는 기술로 활용될 수 있다.

아울러 광유전학 기술에 기반을 둔 뇌신경 조절 등의 생체 조절 기술의 고속화·대규모화, 금속 3D프린터 광가공 생산효율 향상 등 다양한 분야에서 응용될 전망이다.

이번 연구는 KAIST 바이오및뇌공학과 송국호 박사과정이 공저자, 장무석 교수가 교신저자로 참여했고, 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 4월 8일자 온라인판에 게재됐다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com