AR안경에 초실감 메타버스 구현할 홀로그램 소재 개발

화학연, 광역학 메커니즘 이용한 비확산형 신개념 소재 개발

한국화학연구원(원장 이미혜)은 실감형 메타버스를 구현할 수 있는 새로운 방식의 홀로그램 기록소재를 개발했다고 14일 밝혔다. 자동차 앞유리에 교통 정보를 표시하는 헤드업 디스플레이(HUD)나 확장현실 스마트 글래스 등에 적용이 기대된다. 

화학연 가재원 박사와 경북대 김학린 교수 연구팀은 광역학 메커니즘을 활용한 비확산형 홀로그램 기록 소재를 개발, 학술지 '어드밴스드 포토닉스 리서치(Advanced Photonics Research)'에 최근 공개했다. 

연구자들이 광에 민감한 물질을 다루는 실험실인 옐로우룸(yellow room)에서 홀로그램 기록 조성물로 필름을 제작하고 있다. (자료=화학연)

실감나는 입체 영상을 구현하는 홀로그램은 메타버스나 확장현실의 핵심 기술 중 하나다. 하지만 홀로그램을 기록하는 소재는 아직 한계가 있는 상황이다. 은염 소재는 필름 카메라의 사진 인화 작업과 같은 습식 공정이 필수적이라 대량 제작이 쉽지 않다. 

빛에 노출되면 굳는 포토폴리머 소재는 건식 공정이지만 극소수 외국 기업이 독점하고 있다. 또 홀로그램 기록 과정에서 광반응성 화합물의 확산 과정이 수반돼야 하기 때문에 응용 분야를 확대하기 어렵다. 확산 과정이란 레이저를 맞은 부분과 맞지 않은 부분 사이의 단량체 농도 차이가 발생해 맞지 않은 부분에서 맞은 부분쪽으로 단량체의 이동이 일어나는 것을 말한다. 단량체 확산을 위해 내열성이 낮은 고분자를 쓰기 때문에 군사나 자동차 등 열에 견뎌야 하는 환경에 쓰기 어렵다. 

연구팀은 기존 소재의 이러한 단점을 보완, 광반응성 화합물의 확산 과정이 수반되지 않는 간단한 조성의 광역학 메커니즘 기반 홀로그램 기록 소재를 개발했다. 

홀로그램은 조성물을 필름화해 홀로그래픽 광학부품으로 '기록'하는 과정을 거친다. 연구팀은 ▲적색, 녹색, 청색 등 특정 파장의 레이저 빛에 반응하는 광민감성 물질 ▲빛의 투과도나 굴절율을 바꾸는 수용체 ▲이 둘이 고르게 분포된 필름을 만들 고분자 매트릭스 등 3가지 구성 성분을 활용해 새로운 조성물을 개발했다. 

광역학 메카니즘 기반 홀로그램 기록용 조성물 개발. 특정 파장의 빛에 의해 광민감제가 들뜬 상태로 되고 이 에너지를 반응성이 없는 삼중항 상태의 산소에 전달하여 반응성이 매우 큰 단일한 상태의 산소를 생성하게 되고 이 화학종이 주변 수용체의 구조를 변화시켜 홀로그램을 기록할 수 있게 해 준다. (자료=화학연)

개발한 조성물의 광민감제는 레이저를 쏘면 반응성이 매우 큰 활성산소종을 만들어 주변의 수용체와 빠르게 반응, 수용체의 구조를 변화시키고 레이저를 맞지 않은 부분과 차이가 발생한다. 이러한 원리로 필름에 홀로그램을 기록할 수 있다.

이렇게 개발한 조성물 필름에 홀로그램을 기록하면, 얇으면서 다양한 기능을 가진 홀로그래픽 광학부품으로 응용 가능하다. 조성물의 구성 성분이 세 가지로 간단하고, 반응물질의 확산 과정이 불필요해 손쉽게 홀로그래픽 광학부품용 소재로 활용할 수 있다고 연구진은 설명했다.