메타버스 적용 신개념 홀로그램 소재
한국화학연구원 화학소재연구본부 고기능고분자연구센터 가재원 박사
코로나 팬데믹 이후 비대면 사유가 지속되면서 전세계적으로 확장 현실 및 메타버스 기술에 대한 관심이 고조되어 가고 있습니다.
현재 메타버스는 대부분 2차원 캐릭터로 현실감이 떨어지므로 완벽한 메타버스의 구현을 위해서는 사용자에게 극강의 현실감과 몰입감을 주는 기술인 확장 현실을 활용해야 하는데요.
실제로 애플, 구글, 마이크로소프트, 메타 등 글로벌 기업에서는 xr용 스마트 디바이스를 개발하고 있습니다.
이러한 xr의 핵심은 홀로그램 기술로 빛의 색과 명암만을 기록한 사진과 달리 홀로그램을 활용하면 실감나는 입체 영상 구현이 가능해집니다.
하지만 홀로그램 기록을 위한 기존의 은형 소재는 필름 카메라의 사진이나 작업과 같은 습식 공정이 필수적이므로 대량제작이 쉽지 않다는 한계가 존재했습니다.
포트폴리머 소재는 이러한 은염소재 한계를 극복하였지만, 극소수의 외국 기업이 독점하여 공급에 제한이 있을뿐만 아니라 홀로그램 기록과정에서 반드시 광반응성 화합물의 확산과정이 수반되어야함에 따라 생기는 수축 문제, 내열성 문제, 균일한 필름화 문제, 기록 조성물의 복잡성 등 여러 문제점이 있었습니다.
무엇보다 확산형 포토폴리머의 가장 대표적인 문제점은 단량체의 확산을 위해 내열성이 낮은 매트릭스 고분자를 사용하여
고내열 특성을 요구하는 자동차나 군사 등의 응용 분야에는 사용이 제한된다는 것이었습니다.
이에 한국화학연구원에서는 기존 홀로그램 기록 소재들의 단점들을 보완하여 광역학 메커니즘 기반 비확산형 홀로그램 기록 소재를 개발하였습니다.
홀로그램은 조성물을 필름화하여 홀로그래피의 광학 부품으로 기록하는 과정을 거치는데, 적색, 녹색, 청색 등 특정 파장의 레이저 빛에 반응하는 광민감성 물질과 빛의 투과도나 골절률을 바꾸는 수용체 그리고 이 둘이 고르게 분포된 필름을 만들 고분자 매트릭스까지 이 세 가지 구성 성분을 활용해 새로운 조성물을 개발하였습니다.
개발은 홀로그램 기록필름의 레이저를 쏘면 반응성이 매우 큰 활성산소종을 만들어 주변의 소형체와 빠르게 반응하여 수용체 구조를 변화시키고 레이저를 맞지않은 부분과 차이를 발생시켜 이 원리로 홀로그램을 기록할 수 있게 됩니다.
활성산소종이 빛에 노출되지 않은 곳까지 수용체의 구조를 변화시키면 홀로그램 기록이 응용할 수 없는데,
섀도우 마스크를 사용한 패터닝 실험을 통해 빛의 노출된 부분만 수용체 구조가 바뀌는 것을 확인하였습니다.
이러한 실험을 바탕으로 실제로 광합계를 통해 홀로그램을 기록하여 그 특성을 평가한 결과 홀로그램이 잘 기록되며 이때 회절 효율을 최대 4.42%를 보였습니다.
이는 기존에 보고된 투과율 변화를 이용한 홀로그램 기록 특성에서 보여진 1% 미만의 회절 효율값보다 매우 큰 값입니다.
홀로그램 응용 분야는 군사, 의료, 보안, 정밀 측정, 문화, 교육 등 활용 범위가 무궁무진하므로 이번 홀로그램 기록 소재는 기존의 소재를 구현하기 힘들었던 자동차용 홀로그래픽 헤드업 디스플레이 확장 현실 스마트글라스 등의 응용 분야에도 손쉬운 적용이 가능할 것으로 기대됩니다.
메타버스 및 가상현실에 대한 관심이 꾸준히 증가하고 있는 현 시점.
한국학연구원에서는 우리나라가 갖고 있는 초고속 이동통신과 인공지능에 연결시킬 수 있는 홀로그램 기록 소재 개발을 통해 산업적 경제적 파급 효과를 불러일으키는데 일조하도록 하겠습니다.