NHK, 세계 최초 투명 풀컬러 3D 홀로그램 개발

개발 배경: 투명화와 풀컬러화의 벽

기술연에서는 특별한 안경이 필요 없는 고정밀 3차원 디스플레이 실현을 목표로, 빛의 성질을 충실히 재현하는 ‘홀로그래피’를 통한 3차원 영상 표시 기술 연구를 진행해왔다. 기판 표면에 미세한 요철 구조를 만들어 빛을 굴절시키는 ‘표면 릴리프형 홀로그램’은 비교적 큰 정지 영상의 3차원 영상을 넓은 시야각으로 표시할 수 있다. 하지만 지금까지 다음과 같은 두 가지 큰 과제가 있었다.

표면 릴리프형 홀로그램으로 실현한 세 가지 혁신

이번 연구에서는 홀로그램 설계 기법을 근본부터 재검토하여 이러한 과제를 해결했다.

‘얕고 부드러운 요철’로 높은 투과성 실현

표면 릴리프형 홀로그램 설계에는 빛의 위상(파동의 어긋남)을 이용하는 것이 일반적이었으나, 새롭게 빛의 ‘진폭(파동의 크기)’도 활용하는 설계 기법을 도입했다. 이를 통해 기존에는 깊이 약 1μm(약 0.001mm)였던 기판 표면의 요철을 약 0.5μm(약 0.0005mm)라는 ‘얕은 단차’이자 ‘부드럽게 연속되는 형상’으로 만드는 것이 가능해졌다. 그 결과, 불필요한 빛의 산란이 대폭 억제되어 유리와 같은 높은 투명성을 유지하는 데 성공했다.

단일 홀로그램으로 ‘풀컬러화’ 성공

한 장의 홀로그램으로 빨강, 초록, 파랑 각 색상에 대응하는 빛을 별도의 방향에서 조사하여 각 색상의 3차원 영상을 같은 위치에 겹쳐 표시하는 기술을 확립했다. 여러 장의 홀로그램이나 컬러 필터를 겹치지 않고, 한 장의 얇은 가공 면만으로 선명한 컬러 3차원 영상을 표시할 수 있는 단순하고 고투과적인 구조를 실현했다.

계산 부하를 줄인 ‘고화질화’

새로운 설계 기법은 기존과 비교하여 계산 부하가 거의 증가하지 않으면서도, 이전에는 활용되지 않았던 빛의 진폭 분포까지 이용하기 때문에 3차원 영상의 화질 향상에도 성공했다.

시제품 제작한 홀로그램 상세

이 기술을 기반으로 반도체 미세 가공 기술을 사용하여 시제품 제작한 홀로그램은 매우 고정밀한 사양을 갖추고 있다.

초고정밀 픽셀 구조

약 12cm 각 사이즈에 약 600억 픽셀(245,760×245,760)을 배치했다. 픽셀 간격은 0.5μm(약 0.0005mm, 1mm의 2000분의 1)라는 미세함이다. 또한, 요철 구조의 높이를 32단계로 세밀하게 조절하여 단차의 불연속성을 억제하고, 보다 정밀하게 빛의 정보를 재현할 수 있도록 했다.

자연스러운 입체감

투명화와 컬러화의 신규 설계에 따라 시야각(볼 수 있는 범위)은 제한되지만, 관찰에 충분한 시야각을 확보했다. 시점 이동에 따라 영상이 부드럽게 변화하는, 홀로그래피 특유의 자연스러운 입체감을 실현했다.

시제품 제작한 홀로그램 주요 사양

향후 전망

지금까지 NHK와 도쿄과학대학은 디스플레이 장치 개발의 발전을 목표로, 고정밀 홀로그램 데이터 생성 기술과 기판 표면 형성 기술 연구를 공동으로 진행해왔다.

이번에 투명한 홀로그램으로 풀컬러 3차원 영상을 표시하는 데 성공함으로써, 상점 쇼윈도 너머로 상품의 입체 설명을 표시하거나, 박물관 전시 케이스에서 전시물 위에 안내를 겹쳐 표시하는 등, 미래의 홀로그래피를 통한 투과형 3차원 영상 표시 시스템의 응용 길이 열렸다. 앞으로도 크고 넓은 시야각으로 고정밀 3차원 영상 표시 실현을 위해 연구 개발을 계속해 나갈 것이라고 한다.

전시 및 발표 예정

이 기술은 2026년 5월 28일(목) ~ 31일(일)에 개최하는 ‘기술연 공개 2026’에서 전시한다. 또한, 이 기술에 관한 논문이 컴퓨터 그래픽스와 인터랙티브 기술에 관한 국제회의 ‘SIGGRAPH 2026’의 Technical Papers 부문에 Journal paper로 채택되었다. 7월에 로스앤젤레스에서 본 성과에 관한 발표를 할 예정이다.

기술연 공개 2026 「개척하다, 지지하다, 앞으로도」