일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.3.31

탈바꿈할 수 있을까? 공중(空中) 디스플레이
맥셀(Maxell), 공중영상 전용 디스플레이로 품질 승부
휘도가 아이패드의 10배

“지금까지 공중 디스플레이는 영상이 어둡다, 흐릿하다는 것이 일반적인 평가로, 상품성이 부족했다. 최근 들어 고휘도의 제품들이 나오고 있어 앞으로는 차량용을 포함해 다양한 용도로 평가를 받게 될 것이다”(맥셀의 AIS사업추진부 다카다(高田) 부장).

맥셀은 2021년 12월, 공중 디스플레이 기술을 활용한 ‘공간영상 맨-머신 인터페이스(Advanced Floating Man-Machine Interface, AFMI)’를 개발해 내장 가능한 AFMI 유닛을 같은 해 2월부터 양산한다고 밝혔다. AFMI는 아스카넷(ASUKANET)의 공중 결상용 광학 소자 ‘ASKA3D 플레이트’를 채택한 시스템으로, 독자적인 광학 설계를 통해 맥셀의 기존 제품에 비해 두께를 3분의 1이하로 줄이고, 휘도를 2배 높이는데 성공했다고 한다.

AFMI의 구체적인 공중 영상 사양은 휘도가 4,000~6,000cd/㎡, 대비 비율은 1,200대 1이다. 2021년에 발매된 ‘아이패드(제9세대)’ 10.2인치의 디스플레이 휘도 500cd/㎡에 비해 약 10배로 상당히 밝다.

-- 영상광 제어 기술 응용이 목적 --
다카다 부장이 이끄는 AFMI의 개발팀은 원래 모회사였던 히타치제작소에서 TV와 프로젝터 개발을 담당했던 영상 분야의 프로들이다. 맥셀이 광학사업 강화를 위해 2013년에 추진한 사업 이관에 따라 맥셀에 이적했다.

개발팀이 이번 공중 디스플레이 개발에 나선 배경에는 TV의 고해상도화 경쟁이 8K까지 이어지며 일단락되었다는 것이 있다. “평면 디스플레이의 차세대 제품을 상품화하고 싶다”(다카다 부장)라는 생각으로부터 개발이 시작되었다고 한다. 그 첫 번째 성과가 2020년 7월 발표한 AFID(Advanced Floating Image Display)라고 불리는 공중 디스플레이 시스템이다.

이것은 공중 디스플레이용의 광학 소자 중 하나인 ‘재귀성 반사 플레이트’를 이용한 시스템이다. 재귀성 반사는 빛이 들어온 방향으로 다시 되돌아오는 반사현상으로, 오래 전부터 도로표지판이나 차량 번호판 등에 사용되어왔다. AFID는 이 기술을 기반으로 공중 디스플레이용 플레이트(리플렉터)를 개발하는 일본카바이드공업 제품을 채택. 옥외에서도 공중 영상이 보이는 2,000 cd/㎡의 밝기를 실현했다.

AFID에는 재귀성 반사 플레이트, AFMI에는 ASKA3 D플레이트가 채택된 것을 통해서도 알 수 있듯이, 맥셀의 강점은 공중 디스플레이용 광학 소자에 있는 것은 아니다. 액정표시장치(LCD)를 개발하는 재팬디스플레이(JDI), 편광판을 개발하는 일본화약과의 협업을 통해 독자적으로 개발한 공중디스플레이 전용 영상 광원 ‘LLIS(Laser Like Image Source)’를 제공하는 것이 맥셀의 목적이다. “재귀성 반사와 ASKA3D 중 고객의 요망에 따라 선택하도록 하면 된다”(다카다 부장)라고 말한다.

-- 발산각을 좁혀 이용 효율 높인다 --
LLIS는 LCD의 영상광을 임의의 방향으로 이끄는 제어 기술을 베이스로 한 광원으로, 백라이트 부분에 독자적 기술이 도입되었다. 구체적으로는, 백라이트 LED의 발산광을 편광으로 변환해 도광체(導光體)로 손실 없이 LCD에 전반(傳搬)함으로써 빛의 이용 효율을 높이는 기술이다. 올 2월에 특허가 공개되었다.

빛의 이용 효율이 높고, 필요로 하는 부위에만 영상광을 출력할 수 있기 때문에 적은 소비전력으로도 고휘도의 영상 광원을 실현할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 LCD에서 2만2,000cd/㎡의 휘도를 내기 위해서는 100~120W의 전력이 소비된다. 이에 반해, LLIS의 경우 수 와트 정도면 가능하다”(다카다 부장)

또한, LLIS를 통해 공중 디스플레이의 과제인 고스트 이미지(Ghost Image) 형성을 저감하는 효과도 있다. “공중 디스플레이 분야에서는 범용 LCD와 조합해 시스템을 구축하고 있는 기업들이 많지만, 범용 LCD를 사용하면 빛의 발산으로 ASKA3D 플레이트 옆 반사면에 빛이 닿아 고스트 이미지가 형성된다. 반면, LLIS를 사용하면 고스트 이미지가 형성되기 어렵다. 그 한 예로 “공중 형상의 휘도에 대한 고스트 이미지의 휘도는 범용 LCD를 사용한 경우에는 수 %이고, LLIS는 0.7%이다”(다카다 부장).

한편, LLIS를 사용한 시스템에서는 빛의 발산각을 좁혀 필요로 하는 방향으로만 영상광을 배분하기 때문에 시야각은 다른 것에 비해 좁아지는 경향이 있다. 하지만 시야각은 고객의 요구 등에 따라 달라진다. 예를 들어 좌우로 각각 12°, 상하로 각각 7.5°(데모용 스팩 사례)라고 한다. 참고로, 아스카넷은 범용 LCD를 사용했을 경우 의 시야각을 좌우로 각각 20°, 상하로 각각 15~20°로 한다.

-- 용도에 따라 광학 소자를 구분해 사용 --
맥셀은 AFMI를 비접촉의 인터페이스로서 제공해나갈 방침이다. 구체적으로는, 1.8인치, 3.1인치, 5.35인치, 10.2인치의 4가지 사이즈를 라인업한다.

또한, 옵션으로 사인 인증 전용의 수기 입력에도 대응. 공중에서 손가락을 움직여 글을 쓸 때 공중 영상의 프레임에 해당하는 부분이 빨간색으로 바뀌어 입력 영역을 눈으로 볼 수 있는 인터페이스를 설계했다. “통상적인 공중 디스플레이 인터페이스는 버튼의 온오프에 대응한 입력뿐으로, 손으로 쓰는 방식의 연속 입력은 불가능하다. 프로젝터 개발을 통해 키워온 소프트웨어기술을 응용해 수기 입력을 실현했다”(다카다 부장)라고 한다.

현재는 다양한 고객들에게 시스템을 평가 받는 단계이다. 맥셀은 ASKA3D 플레이트를 사용하는 AFMI와 재귀성 반사 플레이트를 사용하는 AFID에 대해 각각 일장일단이 있다고 보고, 고객의 요망에 따라 구분해 사용할 방침이다. 예를 들면, 전자는 밝은 영상을 얻을 수 있고, 후자는 코스트가 낮다는 장점이 있다.

또한 후자는 재귀성 반사 플레이트 외에도 편광 빔 스플리터(하프 미러)라고 불리는 광학 플레이트가 필요하기 때문에 일반적으로 시스템의 사이즈가 아스카넷 방식 등에 비해 커진다고 알려져 있지만, “광학 설계를 연구하면 그렇게 크지 않도록 할 수 있다”(다카다 부장)라고 한다.

자세한 내용은 아직 공표되지 않았지만, 맥셀은 ASKA3D 플레이트를 채택하면서 두께를 현재의 3분의 1로 줄인 시스템도 개발하고 있다고 한다.

다카다 부장은 “실제로 시스템을 구축해보니 여러 가지 과제가 있다는 것을 알게 되었다. 현재는 아직 스스로 베스트라고 말할 수 있는 레벨에 도달하지 않았다”라고 하며, “향후 공중 결상용 광학 소자를 개발할 가능성도 있다”라고 말한다. 최근 몇 년 동안 영상의 품질이 상당히 개선되었다고 평가되는 공중 디스플레이이지만, 맥셀이 TV와 프로젝터의 개발로 연마해 온 영상 전문 기술을 통해 한 층 더 업그레이드된 진화를 이룰 것으로 보인다.

 -- 끝 --

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