청색레이저의 짧은 파장 이용 블루레이 저장용량 DVD의 10배
레이저디스플레이TV도 개발중 화면 크게 키워도 高화질 생생

피카소의 초창기 그림은 푸른색이 많이 들어가 있다. 그래서 전문가들은 피카소 초기를 ‘청색시대’라 부른다. 그런데 피카소의 청색시대가 최근 세계 IT업계에 재현되고 있다. 주인공은 청색 레이저. 과거보다 10배나 더 많은 데이터를 저장하는 차세대 DVD를 만들고 색깔 구현능력이 기존 TV의 2.5배나 되는 레이저 디스플레이를 실현시킨 주역이다. 나아가 영화에서처럼 공중에 3차원 입체영상이 뜨는 홀로그램을 이용한 차차세대 저장장치도 청색 레이저가 핵심이다. ‘IT 안의 블루(Blue)’가 세상을 바꾸고 있는 셈이다.

레이저는 일반 빛처럼 사방으로 흩어지지 않고 일직선으로 향하는 성질이 있다. 따라서 에너지가 고스란히 유지된다. 어릴 때 돋보기로 햇빛을 모아 종이를 태우듯 레이저로 점을 태우고 수술부위를 접합할 수 있는 것도 그 덕분이다. 또 물체에 부딪쳐도 흩어지지 않고 일정한 각도로 반사된다. 빨강·파랑·녹색. 이 빛의 삼원색을 레이저로 만들면 각각을 조합해 자연에 있는 모든 색깔을 구현할 수도 있다.

■ 청색 레이저의 핵심기술은 ‘광 픽업’ 장치

최근 IT업계에서 가장 큰 관심을 받고 있는 것은 블루 레이저를 이용한 광학저장장치다. CD·DVD 같은 광학저장장치는 기록층(層)에 미세한 홈이 새겨져 있다. 여기에 빛을 쏘아 반사되는 신호를 분석해 글자나 그림·영상을 재생시킨다. CD나 기존 DVD에는 적색 레이저가 사용되지만 차세대 DVD에는 청색 레이저가 이용된다.

왜일까? 청색 레이저 파장이 적색 레이저보다 짧기 때문이다. 빛의 파장이란 물결처럼 진행하는 빛의 파동에서 ‘마루에서 다음 마루’, 또는 ‘골에서 다음 골’까지 거리를 말한다. 파장이 짧으면 긴 파장에 비해 동일한 빛의 속도에서 더 많은 진동수를 보이는데, 그만큼 정보를 읽거나 쓰는 속도가 빠르게 된다.

적색 레이저는 파장이 650㎚(나노미터, 1㎚는 10억분의 1m)인 데 비해 청색 레이저는 405㎚에 불과하다. 적색 레이저를 이용한 기존 DVD의 용량은 4.7GB(1GB는 10억바이트)로 초고화질(풀HD급)을 저장하거나 읽기엔 부족하다. 그러나 청색 레이저를 이용하면 저장용량이 23~27GB로 늘어난다. 디스크를 복층 구조인 듀얼 레이어(dual layer)로 만들면 기존 DVD보다 10배까지 저장용량이 커지는 셈이다.

블루레이저의 핵심기술은 ‘광 픽업’ 장치다. 청색 레이저를 내는 소자인 다이오드에서 나오는 빛을 정밀하게 이동시키는 것이다. 청색 레이저로 정보를 읽으려면 0.32㎛(마이크로미터·1㎜의 1/1000)만큼만 이동해야 하는데 워낙 미세한 거리라 들쭉날쭉하기 십상. 기존 DVD 디스크는 정보간 거리가 0.7㎛인데 절반 이상으로 줄어든 것이다. 정보가 새겨진 홈(pit)도 기존 DVD 디스크보다 훨씬 촘촘해 정밀한 빛 제어기술이 필수적이다.

■ 블루레이 vs. HD-DVD

세계 주요 IT 기업들은 블루레이저 기술에 눈독을 들이고 있다. 풀HD급 구현이 가능해지면서 적절한 가격·제품의 안정성만 보장되면 대박 시장이 되기 때문이다. 시장조사기관인 도쿄상공리서치(TSR)는 플레이어·리코더·드라이브 등 차세대 DVD 관련기기 시장은 올해 15억2400만 달러에서 2010년 103억300만 달러로 급성장할 것으로 예상하고 있다.

IT업계는 소니를 주축으로 한 ‘블루레이디스크’(Blu ray disc, ‘blue ray disc’가 일반명사로 구분돼 상표에서는 e를 뺐다)와 도시바 중심의 ‘HD(고화질)-DVD’가 치열하게 경쟁하고 있다. 나란히 파란광선을 이용하면서도 정보를 읽고 쓰는 방식에 따라 두 진영으로 나뉘어 세계 표준 장악전쟁이 벌어진 것이다.

블루레이는 삼성전자·LG전자 등 국내기업과 애플·델·필립스·파나소닉·샤프·파이오니아 등 전자업체와 디즈니·21세기 폭스·파라마운트 등이 진영을 형성하고 있다. HD-DVD는 인텔·마이크로소프트·NEC·산요 등 전자업계에 유니버설·워너브러더스 등이 가세해 있다.

블루레이디스크나 HD-DVD는 기능에서 차이가 있다. 블루레이디스크는 정보가 새겨져 있는 홈의 크기·깊이가 HD-DVD보다 훨씬 작다. 빛을 비추는 렌즈의 초점 거리도 짧아 더 많은 정보저장이 가능하다. HD-DVD가 기존 DVD 세 배의 저장능력이 있는 데 비해 블루레이는 다섯 배나 된다. 그러나 HD-DVD는 기존 DVD 제조공정·장비를 활용할 수 있고 DVD와의 호환성에서 더 유리하다는 장점이 있다.

▲ 지난 1월 LG전자가 미국 라스베이거스에서 열린 CES 전시회에서 첫선을 보인 '듀얼포맷플레이어(SMB)'. 블루레이디스크 방식과 HD-DVD방식이 모두 지원된다. -LG전자 제공

■ 次次세대 기술도 개발 중

일단 HD-DVD가 열세다. 콘텐츠 업체들이 블루레이 진영에 훨씬 많이 포진해 있기 때문이다. 그러나 시장변화는 예측 불허. LG전자는 지난 1월 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 가전전시회인 CES에서 블루레이와 HD-DVD방식이 모두 지원되는 듀얼 포맷 플레이어(SMB)를 처음으로 선보였다. 양수겸장(兩手兼將)의 수를 노린 것이다. 워너브러더스는 한 발 더 나아가 블루레이와 HD-DVD, 일반 DVD를 한 장의 디스크에 내장한 ‘트리플 스탠더드(Triple standard)’ DVD를 준비하고 있다.

차차세대 정보저장기기 개발 경쟁도 시작됐다. 소니와 필립스, 연세대는 고체침지렌즈(SIL)를 이용해 레이저 초점거리를 훨씬 줄인 근접장기록(NFR) 방식을 개발하고 있다. 연구팀은 최근 렌즈와 광디스크의 간격을 수십㎚ 이하로 줄이는 기술을 개발한 것으로 알려지고 있다.

레이저를 이용하면 허공에 3차원 영상을 띄울 수 있다. 홀로그래피다. 그런데 이것도 정보저장에 이용될 수 있다. 미국에서는 하나의 레이저 출력장치에서 나온 레이저를 서로 교차시키면서 겹쳐지는 면들을 정보가 저장된 디스크처럼 이용하는 기술을 개발하고 있다.

청색 레이저의 또 다른 미래는 레이저 디스플레이 TV다. 레이저 디스플레이는 적색·청색·녹색 등 삼원색을 내는 형광물질이 있는 픽셀(pixel)이라는 개념이 없다. 기존과 다른 면이다. 빛의 삼원색을 내는 레이저들을 조합해 영상을 만들기 때문이다. 레이저 디스플레이 TV는 색 구현에서 기존 TV보다 2.5배 뛰어나다고 한다. 화면을 크게 해도 색감이 떨어지지 않기 때문에 차세대 대화면 TV의 기술로 각광받고 있다.

■ 레이저로 자연색 90% 이상 구현

현재 레이저 디스플레이 TV 상용화를 가로막는 걸림돌이 바로 청색 레이저다. 대형 화면을 구성하려면 출력이 2와트 이상 돼야 하는 데 적색·녹색 레이저는 충분한 출력이 나오지만 청색 레이저는 그보다 출력이 떨어지기 때문이다. 2004년 KAIST 윤춘섭 교수팀은 LG전자와 함께 레이저를 만드는 매질을 반도체 대신 고체로 만들어 문제를 해결했다. 당시 청색 레이저에서 가장 뛰어난 출력은 독일 함부르크대의 0.84와트였다. 이에 비해 윤 교수팀은 456㎚ 파장의 청색 레이저에서 1.7와트의 출력을 달성했다.

차세대 DVD용 청색 레이저는 미국 캘리포니아대의 나카무라 슈지 교수가 개발한 청색 발광다이오드(LED)로 만들고 있다. 반도체에서 전자가 이동하면서 나오는 에너지를 이용하는 원리다. 작년 슈지 교수는 기술계의 노벨상으로 불리는 ‘밀레니엄 기술상’을 수상했다. 그는 수상 연설에서 “우리는 청색 LED가 인류의 삶을 개선할 수 있는 엄청난 잠재력을 갖고 있음을 이제야 깨닫기 시작했다”며 “이런 새로운 빛이 지구 온난화 감소와 식수 공급, DVD 등을 통한 값싸고 무한한 정보축적 잠재력을 갖고 있다는 인식이 높아지기를 기대한다”고 밝혔다. ‘IT 안의 블루’가 삶의 질을 높일 힘으로 다가오고 있는 것이다.