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스크린 속 최첨단 디스플레이, 먼 얘기 아니었네

[팝콘 사이언스-44]또렷한 데다 휘어지고 늘어나기까지 하는 R&D 현주소

류준영의 팝콘 사이언스 머니투데이 류준영 기자 |입력 : 2014.05.10 08:21|조회 : 11359
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편집자주영화나 TV 속에는 숨겨진 과학원리가 많다. 제작 자체에 디지털 기술이 활용되는 것은 물론 스토리 전개에도 과학이 뒷받침돼야한다. 한번쯤은 '저 기술이 진짜 가능해'라는 질문을 해본 경험이 있을터. 영화·TV속 과학기술은 현실에서 실제 적용될 수 있는 것일까. 상용화는 돼있나. 영화·TV에 숨어있는 과학이야기. 국내외 과학기술 관련 연구동향과 시사점을 함께 확인해보자.
엔더스 게임의 한 장면/사진=롯데엔터테인먼트
엔더스 게임의 한 장면/사진=롯데엔터테인먼트


SF영화에서 '첨단'이란 분위기를 살리기 위해 동원되는 소품 중 디스플레이만한 감초 소품도 없을 것이다.

지난해말 개봉했던 SF블록버스터 '엔더스게임'은 이런 비주얼에 대한 우리의 상상을 훌쩍 뛰어넘었다. 대규모 우주전쟁이란 타이틀에 걸맞게 초대형 스크린 앞에 투영된 외계인을 상대로 단지 손동작만으로 시뮬레이터식 전투를 펼치는 신은 이 영화의 하이라이트로 꼽는다.
'엔더스 게임'의 한 장면/사진=롯데엔터테인먼트
'엔더스 게임'의 한 장면/사진=롯데엔터테인먼트

과학기술영화 결정체라는 수식어가 붙은 '아이언맨' 시리즈에선 3차원(D) 입체 홀로그래피(Holography)로 로봇을 설계한다. 주인공 토니 스타크가 감지 기능을 가진 센서장갑으로 홀로그램 영상을 제어하는 장면은 가까운 미래에서도 충분히 연출될 듯한 장면으로 와닿는다.

이제 첨단 디스플레이는 장르 불문하고 TV수사드라마 'CSI 과학수사대' 등 각종 작품에 세련미를 더하기 위한 필수 단골 소재로 자리를 굳히는 모습이다.
'아이언맨' 한 장면/사진=소니픽처스릴리징 월트디즈니스튜디오스 코리아
'아이언맨' 한 장면/사진=소니픽처스릴리징 월트디즈니스튜디오스 코리아

이미 우리는 오래전 SF영화에서부터 허공에 화면을 띄우고, 손짓으로 컴퓨터를 조작하는 상상 속 미래모습에 친근해져 있다. 2002년 개봉작 '마이너리티 리포트'에서부터 이런 일들이 곧 실현될 것으로 내다봤지 않는가.

그렇다면 현 디스플레이 R&D(연구개발) 수준은 어디쯤 와있을까.

팝콘 사이언스
팝콘 사이언스
휘어질 뿐만 아니라 늘어나기까지 하는 디스플레이가 곧 나올 전망이다. 입는(웨어러블) 컴퓨터 등장을 앞당길 기술이다. 이 같은 기능을 구현할 수 있는 플라스틱 반도체 재료가 개발됐다.

경상대 화학과 김윤희 교수 연구팀과 중앙대 화학과 정대성 교수 연구팀은 12의 전하이동도를 갖는 세계 최고 수준의 플라스틱 반도체 재료를 개발했다.

액정 디스플레이는 보통 약 0.5 정도의 전하이동도면 구동이 가능하지만 아몰레드(AMOLED) 디스플레이 구현 등을 위해서는 10 이상의 전하이동도가 필요하다. 하지만 아직 전기가 흐르는 플라스틱 가운데 이러한 성능을 갖는 물질은 없었다.

디스플레이 핵심은 뭐니뭐니해도 선명한 화질. 최근 서울대 공동연구팀이 고휘도·고효율의 친환경 양자점 LED(Light Emitting Diodes, 발광소자)를 개발해 눈길을 끌었다.

유연성 기판상에 제작된 친환경 양자점 LED/사진=서울대
유연성 기판상에 제작된 친환경 양자점 LED/사진=서울대
지금까지 양자점 LED 연구는 주로 카드뮴 화합물을 이용한 양자점을 이용해 이뤄져 왔다.

하지만 환경과 인체에 유독한 카드뮴은 전세계적으로 사용이 엄격히 제한돼 있어 양자점 LED를 상용화 하는 데 커다란 걸림돌이 돼 왔다. 또 이를 대체하는 소재인 인화인듐(InP) 역시 양자점을 합성한 사례가 드물고 발광소자에 적용하더라도 그 효율이 매우 낮았다.

연구팀이 개발한 양자점 LED는 핵심 소재인 콜로이드 양자점 내부에 전자와 홀을 직접 주입, 결합시켜 빛을 만들어내는 방식을 채택했다.

때문에 OLED(유기발광소자)에 비해 더욱 우수한 색순도와 효율을 지닌 총천연색 디스플레이를 제작할 수 있는 강점을 지닌다.

연구팀은 이 기술을 통해 최대발광효율(3.46%)과 최대밝기(녹색, 3,900nit)를 지니는 친환경 양자점 LED를 유연성 기판 상에 구현하는 데 성공했다.

첨단 디스플레이를 응용한 전자기기의 등장도 흥미롭게 전개되고 있다.

KAIST 전기및전자공학과 유회준 교수 연구팀은 세계 최초로 증강현실 전용 프로세서가 내장된 고성능·초저전력 머리 장착형 디스플레이(HMD, Head Mount Display) ‘케이 글래스(K-Glass)’를 개발했다.

2012년 구글이 프로젝트로 개발한 '구글글래스' 보다 프로세서 처리 속도가 30배 이상 빠르며 사용시간은 3배 이상 길어 증강현실시대를 앞당겼다는 평가를 받았다.

특히 구글의 기술은 바코드와 같은 표식을 인식해 해당 물체에 가상 컨텐츠를 첨가하는 방식의 증강현실을 구현하는 방식이기 때문에 표식을 설치하기 힘든 야외에는 증강현실을 구현할 수 없는 큰 단점이 있다.

케이글래스/사진=KAIST
케이글래스/사진=KAIST
게다가 2시간 정도만 사용할 수 있을 정도로 전력 소비량이 많아 휴대폰과 같은 모바일 기기처럼 일상생활에서 항상 착용하지는 못한다.

하지만 케이 글래스는인간 뇌의 시각 집중 모델에 영감을 받아 제작됐다.

전력소모를 줄이기 위해 ‘뉴런의 신경망’을 모방한 네트워크 구조를 적용했다. 뉴런의 신경망 구조를 활용해 프로세서 내 데이터를 전송 및 네트워크 병목현상을 효과적으로 극복한 것.

개발된 증강현실 전용 프로세서는 65nm(나노미터) 공정에서 제작돼 32㎟ 면적에 1.22TOPS(Tera-Operation per Second, 1초당 1012회 연산속도) 성능을 보인다.

또 30fps(초당프레임)/720p(픽셀) 비디오 환경의 실시간 동작에서 1.57TOPS/W(와트)의 높은 에너지 효율을 나타내 장시간 동작할 수 있다.

유 교수는 "투과형 HMD는 증강현실을 구현함에 따라 교육 엔터테인먼트 등의 분야에 큰 변화를 가져올 것"이라고 말했다.

류준영
류준영 joon@mt.co.kr twitter facebook

※미래부 ICT·과학 담당

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