KRICT 한국화학연구원

- 광역학 메커니즘 이용한 비확산형 신개념 소재 개발… 자동차, 문화, 교육, 의료, 군사, 보안 등 다양한 산업분야 응용 기대
- Advanced Photonics Research 2022년 8월호 표지 논문 게재

□ 코로나 팬더믹 이후 비대면 사회가 지속되면서 전세계적으로 확장현실 (XR)* 및 메타버스** 기술에 대한 관심이 고조되고 있는

    가운데, 국내 연구진이 실감형 메타버스를 구현할 수 있는 신개념 홀로그램 기록소재를 개발하는데 성공했다.

    * 확장현실(XR, eXtended Reality) : AR 및 VR 기술에 홀로그램 기술을 반영

    ** 메타버스(Metaverse) : 초월, 가상을 뜻하는 'Meta'와 세계를 뜻하는 'Universe'의 합성어로 현실을 초월하는 가상세계를 의미

  ○ 한국화학연구원(원장 이미혜) 가재원 박사 연구팀과 경북대학교 김학린 교수 연구팀은 최근 발표된 연구 논문에서, 광역학 메커니즘을

      이용한 비확산형 홀로그램 기록소재를 개발하였다고 보고하였다. 

  ○ 연구팀이 개발한 홀로그램 기록소재를 통해 기존의 소재로 구현하기 힘들었던 자동차용 홀로그래픽 HUD*, 확장현실 스마트 글라스 등의

      응용분야에도 손쉬운 적용이 기대된다.

      * HUD(Head-Up Display, 헤드-업 디스플레이) : 자동차 등의 교통수단 앞면 유리에 설치한 주행보조 화면 표시 장치로, 운전자 편의를 위한

        각종 정보(길안내, 안전표지, 멀티미디어 정보 등)를 운전자 눈높이에 표시하여 시선을 다른데로 돌리지 않아도 돼 안전운전에 크게 도움이 됨

□ 국내에서 메타버스 플랫폼은 싸이월드란 이름으로 경험했었고, 최근에는 제페토, 게더타운 등의 메타버스 플랫폼 유행으로 친숙한 용어가 되었다. 

  ○ 하지만 현재 구현된 메타버스는 주로 2차원 캐릭터로, 현실감이 떨어진다는 단점이 있다. 이점을 보완하여 사용자에게 극강의 현실감과 몰입감을

      주는 기술인 '확장현실(XR)'을 통해 메타버스를 완벽히 구현할 수 있다. 실제로 애플, 구글, 마이크로소프트, 메타 등 글로벌 기업에서

      XR용 스마트 디바이스를 개발하고 있다.

  ○ 이러한 XR의 핵심은 '홀로그램*' 기술이다. 빛의 색과 명암만을 기록한 사진과 달리 홀로그램을 활용하면 실감나는 입체 영상을 구현할 수 있다. 

       * 홀로그램 : 빛의 간섭 및 회절 특성을 이용하여 사물의 완전 입체정보를 기록한 기록물

  ○ 하지만 '홀로그램 기록'을 위한 기존의 ▲은염 소재는 필름카메라의 사진 인화 작업과 같은 습식공정이 필수적이므로 대량 제작이 쉽지 않다.

      또한 ▲포토폴리머 소재는 이 문제를 극복하였지만 극소수의 미국, 독일 등 외국 기업이 독점하고 있으며, 홀로그램 기록과정에서 반드시

      광반응성 화합물의 확산과정*이 수반되어야 해서 다양한 응용분야에 적용하는데 한계가 있다.

      * 확산과정 : 레이저를 맞은 부분과 맞지 않은 부분 사이의 단량체 농도차이가 발생하여, 맞지 않은 부분에서 맞은 부분쪽으로 단량체의 이동이 일어남

  ○ 이에 연구팀은 기존 홀로그램 기록소재들의 이러한 단점들을 보완하여, 광반응성 화합물의 확산 과정이 수반되지 않는 간단한 조성의 광역학

      메커니즘이 적용된 홀로그램 기록용 소재를 개발하였다.

□ 홀로그램은 ①조성물을 ②필름화하여 ③홀로그래픽 광학부품으로 '기록'하는 과정을 거치는데, 연구팀은 ▲적색, 녹색, 청색 등

    특정 파장의 레이저 빛에 반응하는 '광민감성 물질'과 ▲빛의 투과도나 굴절율을 바꾸는 '수용체', 그리고 ▲이 둘이 고르게 분포된 필름을

    만들 고분자 매트릭스 등 3가지 구성성분을 활용해 새로운 조성물을 개발하였다.

  ○ 개발한 조성물의 '광민감제'는 레이저를 쏘면 반응성이 매우 큰 활성산소종을 만들어 주변의 '수용체'와 빠르게 반응하여 '수용체'의 구조를

      변화시키고 레이저를 맞지 않은 부분과 차이가 발생한다. 이러한 원리로 필름에 홀로그램을 기록할 수 있다. 

  ○ 이렇게 개발한 조성물 필름에 홀로그램을 기록하면, 매우 얇으면서 다양한 기능을 가진 홀로그래픽 광학부품*으로 응용이 가능하다.

      이는 기존의 소재 대비 조성물의 구성성분이 세가지로 간단하고, 반응물질의 확산 과정이 불필요해 손쉽게 홀로그래픽 광학부품용 소재로

      활용이 가능하다.

      * 홀로그래픽 광학부품 (Holographic optical element, HOE) : AR, VR과 같은  가상현실에서 사물을 입체적으로 표시하는데 필요한 중요 부품

  ○ 이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 '어드밴스드 포토닉스 리서치(Advanced Photonics Research)' 2022년 8월호 표지논문으로 게재됐다.

  ○ 또한 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업의 지원을 받아 수행됐다.