전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2016.07. 특집 (p31-49)

공간으로 튀어 나오는 디스플레이

Part 1. 총론
공간재생이 문화와 생활을 일변, 5년 후에 실현도

평면에서 공간으로---. 디스플레이가, 100년에 한 번의 변혁을 이루려고 하고 있다.「영상의 세기」로 불려지는 20세기. TV와 PC에 비쳐지는 영상은, 인류의 생활을 일변시켰다. 영상은 전혀 새로운 오락과 커뮤니케이션을 탄생시키고, 때로는 정치에도 영향을 주었다. 이것과 동등한 혁신이 5년 후에도 “공간 디스플레이”에 의해 일어날 가능성이 커지고 있다.

과거에 TV의 스크린 위에서 스포츠를 보았지만, 지금은 집의 거실에서 선수가 플레이를 하고 있는 듯하다. 선수들의 땀방울이 튀고 거친 숨소리가 들린다. 거실의 반대측으로 가면, 반대편 방향에서 보는 상황을 볼 수 있다. 이것이, 차세대의 공간디스플레이의 이미지이다.

멀리 떨어진 장소에서의 일을, 전부 눈앞에서 재생한다. 디스플레이는 2차원 평면에서 3차원 공간으로 확장된다. 여기에 물체와 사람 등의 입체상을 공중에 투영(投影)한다. 먼 장소의 공간이 그대로 재생되므로, 마치 그 장소에 있는 듯한 감각을 얻을 수 있다. 신체는 지금 이곳에 있지만, 마음은 멀리 떨어진 장소에 있는 듯이 느낀다. 말 그대로 유체이탈을 체험하는 기분이 된다.

그리고, 가상의 재생화상이 현실(Real)그대로 되므로, 가상과 현실의 구별이 안 되고 만다. 이것은, 인류에게 새로운 시각체험을 가져다 준다. 예를 들면 집이나 빌딩의 건설예정지에, 완성 후의 모습을 리얼하게 보이게 하는 것이 가능하다. 네트워크 쇼핑의 상품을 다양한 각도에서 보고, 입체적으로 확인도 가능하다. 할머니 집에, 아이들의 가족과 손자들을 대 집합 시키는 것도 언제라도 가능하다. 자동차의 조수석에 그리워하는 사람을 초대하는 것도 어렵지 않다.   
 
-- 100년에 한 번의 변혁 --
「영상의 세기」라고 불리는 20세기에, 영상은 인류의 문화와 생활을 변혁했다. 다음에 오는 것은 무엇일까? 그것은 “공간 디스플레이”에 의해 일어나는 변혁이다. 공간디스플레이와 공간 콘텐츠의 탄생에 의해, 지금까지는 없는 아이디어가 생겨나고, 인간의 라이프스타일을 크게 변화시켜 간다. 빠르면 5년 후에도 이러한 변혁이 일어날 가능성이 나오고 있다. 그 전조는 조금씩이지만 확실히 보이기 시작했다.

예를 들면, 2016년 5월 22일~27일에 미국 샌프란시스코에서 개최된, 디스플레이분야의 최대학회「SID (Society for Information Display)」이다. 공간 형의 디스플레이는 지금까지도 대학과 공적 연구기관이 연구개발을 진행하고 있었지만, 금년의「SID 2016」에서는, 디스플레이 메이커가 본격적으로 개발에 대응해나가는 모습이 보였다.

상징적인 것은, 한국 삼성디스플레이사의 움직임이다. 심포지움의 모두를 장식한 기존강연에서, 동사의 김성철 개발담당 수석부사장은, 장래의 디스플레이의 Key Technology로서, 공중에 영상을 나타나게 하는「Light Field Display」와「Hologram Display」를 들었다.

-- 유력한 2가지 기술 --  
Light Field Display는 물체에 반사해서 눈에 들어오는 광선을 재생하는 것으로, 공중에 영상을 비추는 디스플레이이다. 빠르면 5년 후에 가정에서 사용하게 될 것으로 보인다. Light Field Display가 광을 광선으로 다루는 것에 대해서, 광을 파(波)  로 하여 다루는 것이 홀로그램·디스플레이이다.

이런 특징에 의해, 인간이 입체를 지각하기 위한 생리적 요인을 만족시킨다. 홀로그램·디스플레이가 이상적인 입체표시법이라고 하는 이유가 이것이다. 우선, 기능을 한정한 홀로그램·디스플레이 제품이 약 10년후에 등장한다. 요소기술의 개발이 가속화되면, 2030년 전후에도 완성도가 높고, 입체상이 거의 리얼하게 보이는 홀로그램·디스플레이가 부유층의 가정에 도입될 것이다.

홀로그램·디스플레이로 실용적인 크기의 공중투영을 얻을 수 있게 상을 얻기 위해서는, 공중투영을 위한 공간 광(光) 변조기에 막대한 픽셀수가 필요하게 된다. 이러한 이유로, 현재 개발되고 있는 홀로그램·디스플레이로 표시 가능한 공중투영상은, 아직은 아주 작다. 이것에 비해서, Light Field Display에서는 이미, 10인치 형(대각 25cm) 상당의 공중투영상을 얻을 수 있게 되었다.

Samsung Display사는, SID 2016의 전시회장의 부스에, 이들 두 종류의 최신의 시작 디스플레이를 공개했다. 표시품질은 초보레벨이지만, 시작품의 앞에는 끊임없이 내장 객의 행렬이 만들어져 있었다.

-- 3D TV의 전철은 밟지 않는다 -- 
물론, 공간 디스플레이의 실현은 기술적으로 용이하지 않다. 그것이 3차원이나 입체적이라는 단어에서 오히려 커다란 기대를 모아서, 메이커의 의도대로의 이용이 확대되지 않았던「3D TV」나「3D 게임」을 생각해내는 사람이 많을 것이다. 차세대의 공간디스플레이를 일반에게 폭넓게 이용하게 하기 위해서는, 3D TV나 3D게임의 교훈을 살려서, 같은 전철을 밟지 않도록 해야 된다.

3D TV나 3D게임이 시장개척에 실패한 커다란 이유는, 디스플레이 기술이 미숙한 상황에서 제품화되었던 것이었다. 따라서, 이용자에게 강요하는 새로운 제약이 너무 많아서, 입체감이 얻어진다는 특징이 없어지게 되고 말았다. 이용자에 대한 제약으로「안경을 쓰지 않으면 안 된다」「정면에서만 보인다」「누워있으면 안 보인다」「휘도가 낮다」「장시간 보고 있으면 피곤해진다」「소비전력이 크다」「해상도가 낮다」라는 것이었다.

화면에서 튀어 나오는 것처럼 보이는 입체감은 3D TV와 3D게임의 특징이었는데, 그것과 바꾸는 디메리트가 너무 많아서 일반에게 받아들여지지 않았다. 그러나 종래의 2D 디스플레이의 고정세화가 진행되어, 2D에서도 깊이가 있는 감의 표현력이 크게 높아졌다. 튀어나오는 듯한 입체감은 없지만, 대부분의 소비자는 2D 디스플레이를 선택했다.

차세대의 공간 디스플레이가 이 실패를 거듭하지 않기 위해서는, 이용자의 제약을 강요하지 않는 기술의 개발이 중요하다. 이전의 3D TV나 3D게임의 디스플레이를 비교하면, 공간디스플레이의 후보기술인 Light Field Display나 Hologram Display는 원리적으로, 이용자에게 부단을 주지 않고 자연의 입체상이 재생 가능하다.

이러한 원리적인 장점을 살리느냐 죽이느냐는, 디스플레이 메이커의 향후의 노력여하에 달려 있다. 현재의 개발품의 표시성능은 삼성의 예와 같이 아주 초보적인 수준이다. 그래도 가야 할 길은 보이고 있다. 표시성능의 끈기 있는 향상이다.

-- 디스플레이 기술자가 AR/VR에 주목 --
공간디스플레이의 개발에 순풍이 되어줄 것으로 보이는 것이, AR(Augmented Reality: 확장현실)과 VR(Virtual Reality: 가상현실)을 시작으로 하는 주변기술이 정리되는 것이다. AR과 VR의 디스플레이는 고굴 형의 HMD(Head Mounted Display)가 많으나, 종래 형의 디스플레이와는 결정적으로 다르다. 종래 형은 틀이 있어서, 틀 안에서 영상이 가상의 영상이라는 것이 한 눈에 알게 되는데, AR과 VR의 디스플레이는 틀이 없기 때문에, 가상의 영상이라는 것을 알기 어렵고, 현실과의 구별도 잘 되지 않는다.

Light Field Display나 Hologram Display와 같이 공간을 재생하고 있는 것이 많지는 않으나, 장래의 공간디스플레이로 이어지는 트렌드의 기술이라고 할 수 있다. 디스플레이의 전문기술자가 세계 중에서 모인 SID에서는, 2016년에 이「AR/VR」의 트랙이 신설되고, 일거에 6섹션이 개최되었다. 그리고, 대학과 공적 연구기관만이 아닌, 기업으로부터도 많은 수의 발표가 있었다. 6섹션으로는 유기EL 디스플레이와 차량탐재 디스플레이 트랙과 나란히, 최대규모였다. 또한 주최자가 AR/VR 트랙을「Special Technology Tracks」의 하나로 위치 설정되어, 이 테마에 빛을 비추었다.

화상해석과 물체인식의 전문가도, 공간디스플레이의 시대를 열고자 움직이고 있다. 학술 계와 산업 계가 정보교환이 가능한 장으로,「PoTS 영상학 심포지움」(주최: 慶応義塾大学 理工学部 情報工学科)이 2016년 3월에 개최되었다. PoTS란「Plen-optic Time Space(汎光線時空間)」의 약자로, 공간을 날라다니는 광선을 다수의 카메라와 센서로 포착해서, 계산처리에 의해 자유시점영상과 자유초점영상을 재구성하는 학술체계이다. 기간기술의 충실과, 다양한 과학기술분야·산업분야에의 폭넓은 응용을 지향하고 있다.     

-- 시각+촉각으로 리얼하게 --
그래도, 공간디스플레이는 100년애 한 번의 변혁을 일으키기 위해서는, 인간의 시각에 호소하는 것만으로는 충분하지 않을 수도 있다. 인간의 촉각을 자극하는 것으로, 리얼감을 바로 올리기 위한 필요도 있을 것이다. 이를 위한 기술개발이 진행되고 있다.

츠쿠바대학의 오찌아이 조교가 개발한「Fairly Lights in Femtoseconds」가 그 일례이다. 공중에 휘점을 만들어, 광으로 3차원의 상을 그린다. 발진시간이 10의 -15승초라는 짧은 Femto초 레이저로 공중에 플라즈마를 발생시켜, 이때 생긴 광자가 눈에 들어오는 구조이다. 이 광의 3차원 화상이 손을 가까이 가면, 플라스마에 의한 자극을 피부로 느끼게 한다. 초고온의 플라즈마가 발생하고 있지만, 발진시간이 극히 짧은 Femto초 레이저를 이용하기 때문에, 피부에의 영향은 거의 없다.「감각이 있는 영상은, 물질과의 구별이 거의 되자 않는다」(오찌아이 씨)고 한다.

-- 나의 축구공이 월드컵에 --     
츠쿠바대학의 오찌아이 씨는 실제로, 음파로 물체를 부유시켜 조정하는 장치「Pixie Dust」를 개발했다. 초음파에 의해 정상 파를 만들어, 그곳에 극소의 구체를 막아 넣는 것이다. 초음파초점을 위치를 변화시켜서, 구체를 이동시키는 것도 가능하다. 이러한 기술자체는, 오래 전 1975년 시점에서도 시험되었다.

2015년 10월에는 영국 Sussex 와 Bristol대학의 연구자들이 신기술을 발표했다. 주파수가 40kHz의 초음파송신기를 64개, 평면상 또는 반 구면상으로 배열하고, 그 위에서 중력에 반하여 물체를 띄우는 것이다. 압력 면은 핀세트나 사람의 손, 또는 용기와 같은 다양한 형상으로 가능하다. 거기에 동 연구팀은 축구공을 10m 올릴 수 있는 대형 송신기의 개발을 추진하고 있다.

이와 같은 기술과 공간디스플레이가 융합되면, 월드컵대회를 나의 축구공을 이용하여, 이 방법으로 자택에서 관전 가능하게 될 수도 있게 될 것이다. 


Part 2. 요소기술
「공간 재생」실현의 키는 초고정세(超高精細)기술과 저렴한 광원

먼 장소의 공간을 그대로 재생한다. 차세대의 ”공간 디스플레이”. 지금까지와는 다른, 다양한 위치에서, 움직이면서도, 부드럽고 자연의 입체화상이 나타나면서 보인다. 이러한 공간 디스플레이 실현의 열쇠를 쥐는 기반기술을 정리하여, 향후의 진화를 예측한다.     

-- 3D TV/ 게임의 제약해소 --

-- 다양한 광선을 만들어 낸다 --

--개발 선행의 Light Field --

-- 8K 기술이 백업 --

-- 이상적인 홀로그램 --

-- 레이저가 홀로그램을 견인 --


Part 3. 평면디스플레이의 전망
주 전장(戰場)의 Flexible로, 액정이 유기EL에 도전장

공간 디스플레이의 보급을 향한 개발이 시작되는 한편, 당면은 평면디스플레이가 중심적인 존재로 유지된다.이 평면디스플레이의 존재도 개발경쟁이 격화되고 있는 곳이, 중소형  판넬의 Flexible화다. 선행하는 유기EL을 액정이 맹추격하고 있다. 양쪽의 무한경쟁이 당분간 계속될 전망이

-- 고객이 신기술에 기대 --

-- Flexible개발이 과열 --

-- 일본 메이커도 유기EL로 추격 --

-- 유기EL의 독무대로 변화 --

-- 액정재료의 유동에 쐐기 --

-- 유기EL은 세계 중에서 개발이 가속 --

-- 단면에서 수분침입을 방지 --

   -- 끝 --