삼성과 스탠포드 과학자 팀, 인치 당 10,000 픽셀 메타 OLED 디스플레이 논문 Science에 발표
삼성과 스탠포드 과학자 팀, 인치 당 10,000 픽셀 메타 OLED 디스플레이 논문 Science에 발표
  • 송호창 기자
  • 승인 2020.11.05 11:59
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

이미지 출처: Luca Huter / Unsplash
이미지 출처: Luca Huter / Unsplash

 

[퓨처타임즈=송호창 기자] 삼성의 주원재와 스탠포드의 마크 브롱거스마가 이끄는 과학자 팀이 인치 당 10,000픽셀로 포장할 수 있는 새로운 메타 OLED 디스플레이를 설명하는 논문을 Science에 발표했다.

새로운 디스플레이 팩 10,000PPI, 놀라운 가상현실 세계를 그릴 수 있다. 인치 당 10,000픽셀의 초 고밀도는 안경이나 콘택트 렌즈로 제작할 수 있는 차세대 마이크로 디스플레이의 요구 사항을 쉽게 충족한다.

오늘날의 가상현실은 스마트폰의 후손이라고 할 수 있다. 적절한 가상현실 경험을 렌더링하는 데 중요한 저렴한 센서, 칩 및 고해상도 디스플레이는 Rifts 및 Vives가 아닌 iPhone 및 Galaxys용으로 설계되었다. 가상현실의 선구자인 Oculus는 초기에 삼성 Galaxy S4 스마트폰에서 1080p AMOLED 디스플레이로 프로토 타입을 제작했다. 

하지만 Facebook이 20억 달러에 인수한 후 팀은 맞춤형 구성 요소를 꿈꾸고 주문할 수 있는 기회를 갖게 되었다. 물론 디스플레이가 목록에서 1위를 차지했다.

초기 Oculus Rift 개발자 키트는 거친 패턴의 스크린 도어를 통해 보는 것과 같았다. 그러나 이상적인 경험은 망막 해상도라고 하는 천상의 상태인 화면의 픽셀을 눈으로 식별하는 것이다.

최고의 가상현실 디스플레이는 슈퍼 스크린도어와 레티나 해상도 사이에 있다. 고급 테더링된 헤드셋은 Rift의 초기 버전보다 높은 해상도를 제공한다. 그러나 이미지가 여전히 선명하지 않아서 눈이 픽셀화를 전혀 감지하지 못한다. 나쁘지 않고 이상적이지 않다.

레티나 해상도는 여러 요인에 따라 달라지며 그 중 하나는 디스플레이가 눈에 얼마나 가까이 있는 지이다. 가까울수록 더 많은 픽셀이 필요하다. 즉, 가상현실이 망막 해상도에 도달하려면 훨씬 더 작은 픽셀의 디스플레이가 필요하다.

운 좋게도 과학이 그 위에 있고, 이 시점에서 레티나 해상도 노트북과 휴대전화가 가치가 있는 상황에서 가상현실과 증강현실은 이제 고해상도 디스플레이에서 최첨단 연구를 주도하는 핵심 기술이다.

최근 사례에서 삼성의 주원재와 스탠포드의 마크 브롱거스마가 이끄는 과학자 팀이 인치 당 10,000픽셀로 포장할 수 있는 새로운 메타 OLED 디스플레이를 설명하는 논문을 Science에 발표했다. 이에 비해 오늘날의 스마트폰과 가상현실 디스플레이는 인치 당 1,000픽셀 미만이다.

팀은 TV나 스마트폰에 충분한 현재 디스플레이로는 근안 가상현실 및 증강현실 애플리케이션의 픽셀 밀도 요구 사항을 충족할 수 없다고 말한다. 그들은 헤드셋을 넘어서도 “인치 당 10,000픽셀의 초 고밀도는 안경이나 콘택트 렌즈로 제작할 수 있는 차세대 마이크로 디스플레이의 요구 사항을 쉽게 충족한다.”라고 쓰고 있다.

물론, 초 고화질을 추구하는 데 혼자 있는 것은 아니며 디스플레이는 여전히 연구 단계에 있지만 놀라운 가상현실/증강현실 경험을 위한 미래가 무엇인지 암시한다.

이 새로운 디스플레이는 Brongersma의 연구실에서 광학 메타 표면 (재료의 속성을 제어하기 위해 나노 스케일 구조가 내장된 표면)을 사용하여 빛을 조작하는 태양 전지의 혁신에서 탄생했다. 당시 스탠포드를 방문하고 있던 주씨는 대학원생 Majid Esfandyarpour의 발표에서 Brongersma의 접근 방식을 알게 되었다.

그는 동일한 접근 방식이 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이에서도 유용할 수 있음을 깨닫게 되었다. 고급 TV 및 iPhone과 같은 세계 최고의 디스플레이 중 일부는 매우 얇고 유연하며 깊고 순수한 색상으로 유명하기 때문에 OLED를 사용한다.

현재 OLED 디스플레이를 만드는 방법에는 두 가지가 있다. 스마트폰과 같은 작은 화면의 경우 픽셀은 빨간색, 녹색 또는 파란색 빛을 방출하는 하위 픽셀로 분할된다. 이들은 미세한 메쉬를 통해 각 재료의 점을 분사하여 배치된다. 그러나 이 방법은 서브 픽셀 (및 픽셀)의 크기와 디스플레이의 크기에 제한이 있다. 메쉬가 너무 크면 처지는 경향이 있다.

따라서 TV와 같은 대형 디스플레이의 경우 제조업체는 그 위에 빨간색, 파란색 및 녹색 필터가 있는 흰색 OLED를 선택한다. 문제는 필터가 빛의 70%를 흡수하므로 밝게 유지하려면 더 많은 전력이 필요하다. 필터링된 OLED는 만들 수 있는 크기도 제한된다.

필터 또는 색상 별 OLED 재료 대신 새로운 디스플레이는 80나노미터 높이의 작은 은나노 기둥으로 표면이 뭉쳐진 표면을 사용한다.

백색광을 받으면 기둥 사이의 간격에 따라 투과되는 파장이 결정된다. 각 하위 픽셀에는 너비가 다른 기둥이 포함되어 있다. 간격이 가장 적은 가장 넓은 기둥은 빨간색, 다음으로 가장 넓은 녹색, 최소 너비인 파란색을 발산한다. 빨간색, 파란색 및 녹색 하위 픽셀을 포함하는 더 큰 정사각형이 디스플레이의 픽셀을 구성한다. 각각의 너비는 2.4미크론 또는 약 1/10,000 인치이다.

메타 광자층을 강조하는 메타 OLED 디스플레이의 그림으로, 나노 기둥 격자가 원하는 색상 (빨간색, 녹색 또는 파란색)을 생성하기 위해 빛을 조작한다. 이미지 출처: 삼성종합기술원
메타 광자층을 강조하는 메타 OLED 디스플레이의 그림으로, 나노 기둥 격자가 원하는 색상 (빨간색, 녹색 또는 파란색)을 생성하기 위해 빛을 조작한다. 이미지 출처: 삼성종합기술원

 

픽셀이 필터에 의해 음영 처리되지 않기 때문에(그리고 악기의 소리와 같은 빛이 축적되고 공명될 수 있는 메타 표면의 흥미로운 특성으로 인해) 디스플레이의 색상이 매우 순수하고 적은 전력으로 더 큰 밝기를 달성한다.  

팀은 이 접근법이 인치 당 최대 20,000픽셀의 픽셀 밀도를 산출할 수 있다고 추정한다. 그러나 픽셀이 미크론 아래로 내려가면 밝기를 희생하기 시작한다. 다음 단계는 풀 사이즈 디스플레이를 만드는 것이다. 삼성이 현재 진행하고 있는 일이다.

물론 다른 연구도 초 고해상도 디스플레이를 추구하고 있다.

선도적인 후보인 MicroLED 기술은 인치 당 30,000픽셀을 달성했다. 그러나 인치 당 1,000픽셀이 넘는 디스플레이는 단색이고 풀 컬러 디스플레이는 여전히 까다롭다.

어떤 접근 방식이 성공하든 컴퓨팅 성능도 확장되어야 한다. 더 많은 픽셀은 더 많은 처리를 의미한다. 가상현실/증강현실의 잠재적인 솔루션 중 하나는 장치가 우리의 눈을 추적하고 시선이 향하는 가장 높은 해상도의 이미지만 제공하는 포비티드 랜더링(foveated rendering)이다. 이것은 매체에 관계없이 주변 시야가 흐릿하다는 사실을 활용하여 귀중한 처리 능력을 절약한다.

물론 비주얼은 방정식의 일부일 뿐이다. 진정한 몰입형 SF와 같은 가상현실은 촉감, 근육 저항, 심지어 가상세계를 직접 조작할 수도 있다. 그리고 거대한 창고에서 가상현실만 즐기는 것을 피하려면 제자리로 이동하는 방법을 알아내야 한다.

이러한 문제에 대한 실용적인 해결책이 서서히 등장하고 있다. 초기의 이상하고 값 비싼 주변 장치에는 집에 있는 가상현실 트레드밀, 로봇 부츠, 심지어 로봇 외골격이 포함된다.

우리가 정말로 우리 장치에 더 몰입해야 하는지(상당히 합리적으로) 궁금해할 수 있다. 많은 사람들이 화면에서 훨씬 더 많은 시간을 보내고 있으며 이는 상당히 소모적일 수 있다. 필터링 되지 않은 물리 법칙에 의해 렌더링된 좋은 구식 스트림 옆에 앉아 보낸 오후가 우리의 정신을 위해 할 수 있는 것은 놀랍다.

그럼에도 불구하고 고품질의 가상 및 증강현실 인터페이스는 2D디스플레이의 좋지 않은 부작용을 해결할 수 있다. 이는 우리의 두뇌가 세상에서 작동하는 방식에 더 잘 맞기 때문이다. 우리는 매우 의식적으로 트랙 패드를 입력하고 사용하는 법을 가르쳐야 하지만, 거의 우연히 물리적 세계를 탐색하는 법을 배운다 (아기가 유아기로 이동하는 것을 지켜본다).

아마도 우리가 디지털 세계에서 더 많은 시간을 할애함에 따라 몰입형으로 만들면(적어도 어떤 면에서는) 더 나은 경험을 만드는 데 도움이 될 것이다. 그리고 관계없이 다음 라운드의 인터페이스가 다가오고 있다. 그래서 특히 예쁘게 보이면 좋지 않을까?


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.