디지털 홀로그래피 기술연구회 홀로그램 상용화 기술 및 부품기술 ㈜ 라임텍 옥광호 2010년 9월 1일

서론 차세대미디어로 디스플레이분야에서의 광 응용기술을 바탕으로 한 3D 영상기술이 세계적으로 각광받고 있는 시대적 흐름과 산업화 추세에 따라서 3D 영상, 광 정보처리의 기초가 되는 홀로그래피의 원리와 응용을 토대로 Embossed Hologram의 소개와 이를 기반으로하는 Display 부품 소재 및 Holography 상용화 기술을 간략히 소개하고자 합니다.

Table of Contents Embossed Hologram 기술 한국의 Embossed Hologram 현황 Holography 응용 Display 소재 기술 Photopolymer Hologram 기술 Holography Road Map

Holography 1. 홀로그래피의 개요 2. 포토그래피와 홀로그래피의 비교 홀로그래피란 1948년 헝가리출신 영국 물리학자인 Dennis Gabor가 전자현미경의 분해능력을 향상시키기 위한 실험중 개발된 일종의 사진술로서, Hologram은 전체(완전한)라는 뜻의 Holos와 메시지라는 뜻의 Gramme로 만들어진 합성어 로서 전체를 기록하는 방법(또는 완전한 메시지)이라는 의미를 가지고 있다. 1960년에 Laser 광선이 개발된 이후 비약적으로 발전한 3차원의 기록이 가능한 차세대 미디어기술이다. 2. 포토그래피와 홀로그래피의 비교 인간이 손으로 그리는 그림 이후의 영상기술이 사진술(Photography)이기에 사진과 홀로그램을 통해 포토그래피와 홀로그래피를 비교하고자 한다. 사진술과 비교는 하지만 홀로그래피는 사진술과는 다른 광학적 원리와 물리적 특성을 가지고 있다. 가장 분명한 차이점은 영상의 “차원(Dimension)” 과 “깊이(Depth)” 이다. - 사진(포토그래피)은 물체의 각점에서의 광의 세기를 기록하여 그 명암상을 만들기 때문에 입체감이 없으나, 홀로그래피는 진폭과 위상의 양 성분을 간섭무늬로 기록하기 때문에 완전한 입체상을 얻을 수 있다 구분 광원 기록재 촬영장치 기록요소 피사체 사진 태양광, 일반광원 일반은염필름 카메라 2차원(빛, 파장, 진폭) 경치, 풍경, 인물…. 홀로그램 레이저 홀로그램필름 광학장치 3차원(빛, 파장, 진폭, 위상) 빛을 반사시키는 모든 물체

Holography 3. 홀로그래피의 시각적 속성 입체감 (3 Dimensional)--------패럴렉스(Parallax:시차) , 프로젝션 이미지(Projection image) 컬러 (Color of light) 동적 이미지 (Stereogram) 가. 패럴렉스(시차) - 사진을 한쪽에서 다른 한쪽으로 봐도 그림의 주위를 살피거나 깊이를 느낄 수 가 없다. 그러나 홀로그램은 이미지의 다른 쪽 면을, 심지어는 뒷부분까지도 볼 수 있다. 약 5~6cm 떨어져 있는 인간의 눈은 각각의 눈이 사물을 개별적으로 포착해 정보를 뇌로 보내고 우리의 뇌는 자동적으로 이미지의 차원과 깊이를 만들어 내는데 홀로그램은 이를 충분히 만족시킨다. 현재 나와 있는 입체영상을 볼 수 있는 장치들 , 렌티큘라(Lenticular), 입체 안경식, 3D (Parallax barrier, 셔터방식 등)들도 눈의 시차를 이용한 영상합성 3D를 제공하나 홀로그램만큼 완벽하지는 못할 것 이다. 나. 프로젝션 이미지 홀로그램은 필름의 사이즈에 따라 1 미터 이상 영상이 돌출되어 “ 공중에 떠 있는듯한 효과 “를 연출할 수 있다. 다. 컬러 홀로그램은 색이 아닌 빛(파장)의 재생이므로 가시광선의 스펙트럼으로 Full Color 를 감상할 수 있다. 라. 동적 이미지(스테레오그램) 유사한 다수의 그림을, 각도를 달리하여 연속적 촬영, 움직이는 영상을 연출할 수 있다.

Embossed Hologram 제작 공정 주요 내용 1 마스터 촬영 복제를 위해 Photoresist 감광재 표면에 요철(relief)형태의 유리 마스터를 제작 2 전기 도금 기계작업에 맞는 내구성을 지니기 위해 유리 마스터를 금속 마스터로 전환

Embossed Hologram 제작 공정 주요 내용 3 엠보싱 가공 4 점, 접착 가공 5 제품 가공 금속 마스터를 엠보싱롤에 장착하여 적정한 열과 압력으로 마스터의 요철형태를 PET나 OPP, PVC 등의 필름상에 인각 4 점, 접착 가공 홀로그램 필름을 점착 또는 접착하여 스티커 또는 스탬핑 포일 등의 제작을 위한 가공 제품 가공 5 컷팅, 인쇄, 슬리팅을 통한 홀로그램 스티커 라벨 또는 홀로그램 스탬핑 포일 등의 제품완성. 별도의 후 가공 등을 통하여 다양한 제품 적용이 가능함.

Embossed Hologram Embossed Hologram 제작을 위한 기본 설비

Embossed Hologram Digital Holography를 이용한 Master 제작 Digital Stereogram 촬영공정 디지털 카메라 PC 에 화상 데이터 입력 투과형 액정 TFT 모니터와 연결 홀로그램 촬영 시 공간 변조기 SLM(spacial light modulator)역할 피사체 촬영(동화상 & 연속촬영) 필림 레이저 액정 모니터 스크린 모터 컨트롤 플레이트 홀더 자동촬영 프로그래밍

Embossed Hologram Digital Holography를 이용한 Master 제작 Dot Matrix (Photo Lithography) 1. 도트매트릭스 홀로그래피는 1980년대 중반 Advanced digital holographics, inc의 프랭크 데이비스에 의해 개발되었다. 기본원리는 처음 둘로 갈라진 레이저빔을 결합 하여 작은 간섭패턴(홀로그래픽 도트)들을 만드는 것이다. 교차하는 레이저빔의 각도 와 방위를 조절하여 간섭패턴을 변화하는 것이 이 기술의 주요 광학 원리이다. 이 시스템은 일반 피사체를 사용하지 않고 감광재에 회절격자(diffraction gratings)들의 패턴을 기록한다. 텔레비젼 스크린의 픽셀이나 사진의 dot처럼 grating들은 모여서 이미지를 형성한다. 컴퓨터로 디자인된 artwork를 이러한 grating들로 옮기는 장비를 “Dot Matrix" 홀로그램 머신(그림)이라 하고, Embossed Hologram의 Mastering 공정을 쉽게 할 수 있도록 디자인 되었다. 이방법의 가장 큰 장점은 완전 디지털 이라는 것이다. 컴퓨터가 홀로그램 이미지의 각 픽셀을 제어한다. 시스템은 스퀘어인치당 5,000 dot까지의 해상력을 가진다 2. 주요 이점 가) Brightness : 형광등 아래서도 밝기와 컬러가 뛰어나다. 나) 광 시야각(Wide viewing angle) : 어느 각도에서도 관찰이 용이 다) 키네틱 효과(Kinetic effects) : 컬러와 이미지의 동적인 효과가 좋다. 라) 디자인의 다양화 : 어떠한 2차원 디자인도 도트매트릭스용으로 디지털 화 되며, 많은 상업적 디자인 소프트웨어프로그램 ( 포토샵, 코렐드로 등)들이 디지털 파일을 만들기 위해 사용 가능하다. 마) One step mastering

Embossed Hologram 대량생산을 위한 Embossing Technology 생산 방식 Master Roller(Steel) Master Narrow Web(150mm) Hard Embossing 1 금속 마스터를 Embossing Roll에 장착. Steel Roll과 Steel Roll의 적정한 열과 압력으로 마스터의 요철형태를 금속 증착 된 필름상에 인각 Pressure Roller(Steel) Wide Web(640mm) Semi Hard Embossing 2 금속 마스터를 Embossing Roll에 장착. Polyimide Roll과 Steel Roll의 적정한 열과 압력으로 마스터의 요철형태를 금속 증착 된 필름상에 인각 Master Roller(Steel) Master Pressure Roller(Polyimide) Wide Web (800mm~1500mm) Soft Embossing 3 금속(또는 Plastic)마스터를 Embossing Roll에 장착. Rubber Roll과 Steel Roll의 적정한 열과 압력으로 마스터의 요철형태를 Primer Coating된 필름상에 인각 Master Master Roller(Steel) Rubber Roller

Embossed Hologram 대량생산을 위한 Embossing Technology 생산 방식 4 Wide Web (800~1500mm) In-Line Embossing 금속(또는 Plastic)마스터를 Embossing Roll에 장착. Rubber Roll과 Steel Roll의 적정한 열과 압력으로 마스터의 요철형태를 Primer Coating과 동시에 필름상에 인각 열풍 건조 Master Roller(Steel) Rubber Roller Coating Station Wide Web (800~1500mm) UV Embossing 5 금속마스터를 Embossing Roll에 장착. Rubber Roll과 Steel Roll로 마스터의 요철형태를 필름상에 UV 수지 도포하여 인각과 동시에 UV Curing 함 Ultraviolet Exposure Master Roller(Steel) Rubber Roller Coating Station

Table of Contents Embossed Hologram 기술 한국의 Embossed Hologram 현황 Holography 응용 Display 소재 기술 Photopolymer Hologram 기술 Holography Road Map 홀로그램 시장 분석

Embossed Hologram의 국내시장 및 세계시장 규모 매년 약 30%이상의 고성장 국내시장 및 세계시장 성장규모 CAGR (’08~’12) = 30% CAGR (’08~’12) = 30% (단위: 억불) 세계시장 국내시장 (단위: 억원) Source: 홀로그래피뉴스지, 포장산업지, 생산업체 분석

Embossed Hologram의 국내 사용 현황 국가적 사용(위조 방지를 목적으로 함) 사용구분 사용현황 국가적 사용 1 지폐 : 50억원/년 여권(비자) : 70억원/년 주민등록증, 운전면허증 : 30억원/년 지폐 주민등록증 2 준 조폐로서의 사용 신용카드, 직불카드 : 30억원/년 상품권, 유가증권 : 20억원/년 신용카드 상품권 3 공문서 사용 외 인감증명서 외 공문서, 정부기관 신분증 등 : 20억원/ 년 인감증명서

Embossed Hologram의 국내 사용 현황 상업적 사용(위조방지 및 Packaging을 목적으로 함) 사용구분 사용현황 1 저작권 및 상품의 위조방지 자동차 순정부품 : 50억원/년 저작권, 상품 보호용 : 70억원/년 현대모비스 LG휴대폰 배터리 2 주류, 의약품, 담배 등의 위조방지 및 Eye catching용 주류, 담배 : 50억원/년 의약품, 화장품 : 30억원/년 임페리얼 담배 3 Packaging용 포장용, 인쇄용, 섬유용, 철판용 등 산업 전분야에 Eye Catching 용 : 수출, 수입 등 약 400억원/년

Embossed Hologram의 응용 발전 전자부품소재로의 응용 확대 Embossed Hologram 은 年평균 30% 이상의 고성장(중국시장의 초 고성장, 일본시장의 고부가가치성장, 국내시장의 용도확산)을 하고 있는 사업이며, 특히 Display 부품소재 산업분야에서 Holography기술의 필요성, Hologram의 다양한 제품화, 부품화의 필요성이 부각되고 있음. 광 응용사업, 3D 입체영상 시스템 사업 등 유망한 고부가가치 사업 분야 가 미개척분야로 남아있으며, 현재 산업 각 분야에서 다양한 고품질의 응용 Hologram 제품에 대한 Needs는 폭발적으로 증가 하고 있으나 국내 홀로그램 기업의 영세성으로 개발능력(인력, 장비 등) 부족, 안정적인 공급능력 부족으로 수요자의 Needs를 충족시키지 못하고 있는 상황임. 정부차원의 지원을 통한 디지털 홀로그래피 기술의 상용화가 절실함. 대형화를 통한 가속화 차세대 미디어 기술 Holography

Table of Contents Embossed Hologram 기술 한국의 Embossed Hologram 현황 Holography 응용 Display 소재 기술 Photopolymer Hologram 기술 Holography Road Map

Holography 응용 Display 소재 기술 Display 소재의 응용 및 적용(개발) 현황 Backlight Optical Films 응용현황 LCD BLU의 Prism Film 1 원천기술 : Prism Roller 가공 기술 양산기술 : UV Embossing 기술 2 LCD BLU의 Light Diffuser Film 원천기술 : Digital Holographic Mastering 기술 양산기술 : UV Embossing 기술 LED BLU의 Micro-lens array Diffuser Film 3 원천기술 : Lithography and Etching for patterning 기술 양산기술 : UV Embossing 기술

Hologram 응용 Display 소재 기술 Display 소재의 응용 및 적용(개발) 현황 Optical Film for 3D Display 응용현황 Micro-lens array Film 1 원천기술 : Lithography and Etching for patterning 기술 양산기술 : UV Embossing 기술 휴대폰 3D imaging film micro-patterned arrays film 1 휴대폰 외장 원천기술 : Digital Holographic Mastering 기술 양산기술 : UV Embossing 기술

Table of Contents Embossed Hologram 기술 한국의 Embossed Hologram 현황 Holography 응용 Display 소재 기술 Photopolymer Hologram 기술 Holography Road Map

Photopolymer Hologram Photopolymer Holographic Technology 기록방식 Photopolymer Hologram은 Photoresist 표면에 요철을 만들어 빛을 반사시키는 Embossed Hologram 방식과 달리 Photopolymer층 내부의 빛을 반사시키는 구조를 만드는 Volume Phase Hologram이다. Volume Phase Hologram은 조사되어 나가는 빛의 방향 에 따라 Reflection Hologram과 Transmission Hologram 으로 구분된다. Input Light Output Light Reflective Backing 빛이 반사되어 나옴 ( Embossed Hologram ) ( Reflection Hologram ) Input Light Output Light ( Volume Phase Hologram ) 빛이 통과하여 일정한 각도로 꺽임(각도 조절 가능) ( Transmission Hologram )

Photopolymer Hologram 제품의 용도 적용 개발 현황 Solar Glazing(썬팅용), Head Up Display(HUD), Center High Mounted Stop Light (CHMSL) 1 자동차용 푸조 3008은 운전석 앞쪽에 헤드업 디스플레이(HUD) 장치가 달렸다. 2 Graphic Art용 Security용(라벨류), Eye Catching용(장식, 광고 등) Electronics용 3 대우일렉 은 차세대 대용량 저장장치인 HDDS(Holographic Digital Data Storage)를 통해 동영상을 기록ㆍ재생할 수 있는 시스템을 개발 Information Storage용 Media 4 Military & Aerospace용 Head Up Display(HUD), Laser Eye Protection Filter (Laser Goggles용) LIG넥스원, 미국에 110억원 규모 HUD 수출 - 내년 7월부터 록웰콜린스 통해 납품, 美공군 F-15전투기에 장착 조종석 투명 패널에 무장정보, 각종 비행 및 임무 정보 제공.HUD는 전투기 조종사 의 `전자 눈` 역할, 최첨단 항공장비

Photopolymer Hologram Dupont의 Photopolymer Holographic Technology 1. 제조기술 가. Holographic Material 제조 기술 : Volume Hologram 제조용 Material인 Photopolymer Film과 Color Tuning Film제조 기술이 필요. ° Photopolymer Film : PET Film에 Photopolymer를 Coating시켜 Hologram영상을 기록하는 재료로 사용하는 Film. ° Color Tuning Film : Photopolymer Hologram에 Lamination 시켜 Hologram의 색상을 변화시키는 Filter로 사용되는 Film. 나. Hologram 제조기술 : Hologram 제조용 Master를 제작하여 Replication기술을 이용 Photopolymer Film에 Hologram Master를 연속적으로 Copy하여 Volume Phase Hologram을 대량 생산. Reconstructed Object beam Free Roller Cylinder Exposure Beam Film Nip Roller Master 고출력의 아르곤 이온 레이저 필요. ( Contact Copying On a Cylinder ) Ultraviolet Exposure Pinch Roll Spherical Lens Cylinder Drive Roll Laser Beam Impression Roll 2. 제조공정 Hologram Master 제작 → Hologram Master를 Cylinder에 부착 → Photopolymer Film을 Master에 밀착 → Laser Scan → Color Tuning Film Lamination → Backing(100℃～120℃) Inspect Fountain Roll Doctor Blade Cylindrical Lens Coating Station Film Rewind Unwind ( Schematic of Replicator )

Photopolymer Hologram Photopolymer Hologram 적용 예 Head Up Display(HUD) Center High Mounted Stop Light(CHMSL) HOE(Hologram) Windshield Holographic CHMSL Virtual Image 광원 100KM 눈 STOP 광원 운전석 Photopolymer Hologram(HOE)이 Windshield 내부에 장착 되어지며 점차적으로 상용화, 대중화 될 것임. Business의 성공을 위해서는 자동차 제조회사나, 자동차용 유리 제조회사와의 전략적 제휴가 우선 되어야 함.

Photopolymer Hologram Photopolymer Hologram 적용 예 Holographic Solar Control Film Windshield ☼ ☼ Solar Near-IR Heat ☼ Thermally Reflective Architectural Glass IR broadband Holographic Mirror : 듀폰사 800~1,100nm 범위를 약 40%정도 차단. IR반사율이 90%정도 되어야 이상적인 Mirror임. 기타 Application Half Mirror : 프라이버시 보호용(한쪽에서만 들여다 볼 수 있음.) Diffusion Screens : Transmission Hologram 일종으로, Image Hologram을 지나 일정한 각도 꺽여서 투사되며 확산 산란됨. Color Filter Hologram, Back Light for LCD by Hologram등.

Table of Contents Embossed Hologram 기술 한국의 Embossed Hologram 현황 Holography 응용 Display 소재 기술 Photopolymer Hologram 기술 Holography Road Map

Holography Road Map Holography 3D 영상처리인식 기술과 Holographic 광 응용 소재 기술을 기반으로 하는 Hologram TV 분야로의 사업 확대 Holography 기반기술 확보 Hologram TV Embossd Hologram 전제품의 제조기술 Holography 원천기술 확보 Holography Holographic 광 응용 기술 광학설계 및 Hologram Plant 설계기술 영상처리인식 기술 홀로그래픽 신소재(전자부품소재, 3D 부품소재) 산업분야로의 사업 확대 3D Image, Virtual Reality, 3D Contents사업 으로의 발전을 통한 3D 영상분야 기반기술 확보

디지털 홀로그래피 기술연구회 . End of Document