‘도장 찍듯이’ 한 번에 세계 최고 효율의 메타 홀로그램 찍어낸다!

그림1. 세계 최고 효율 메타홀로그램의 원스텝 전사 기법 / POSTECH 제공

최근 ‘맘마미아’ 노래로 유명한 가수 ‘아바(ABBA)’ 가 40년의 공백을 깨고 홀로그램 콘서트를 연다고 발표해 눈길을 끌었다.

무대는 지난 1970년대 모습을 재현한 홀로그램 아바타가 등장해 공연을 펼칠 예정이다.

이처럼 현실에 존재하지 않는 이미지를 자유자재로 불러낼 수 있는 홀로그램 기술이 각광을 받고 있다.

특히, 메타물질로 만든 ‘메타 홀로그램’ 은 빛의 입사 방향에 따라 서로 다른 홀로그램 영상을 동시에 표현할 수 있다는 게 장점이다.

하지만, 이미지가 선명하지 않고 제작하기 까다로워 상용화가 어려웠다.

POSTECH(포항공과대학교 · 총장 김무환) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·기계공학과 통합과정 김주훈 씨·박사과정 오동교 씨 연구팀은 메타 홀로그램을 ‘도장 찍듯이’ 한 번에 찍어내는 원스텝 프린팅 공정을 개발했다.

이 공정으로 만든 메타 홀로그램의 효율은 90%(이론 효율 96.9%, 실험 효율 90.6%)를 웃돌며 세계 최고치를 기록했다.

이번 연구성과는 광학 분야 국제 학술지 ‘레이저 앤 포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews)’ 최근호에 게재됐다.

메타 홀로그램을 만들 때 활용된 기존의 전자빔 리소그래피(Electron beam lithography) 공정은 속도가 느리고 비용이 많이 들었다.

기존 홀로그램은 효율이 낮아 어두운 환경에서만 보이거나, 이미지가 흐리게 보이기도 했다.

연구팀은 나노복합재 잉크를 개발, 적은 비용으로도 쉽고 빠르게 메타 홀로그램을 프린팅하는 공정을 제시했다.

단단한 기판뿐만 아니라 유연하거나 둥글게 구부러진 기판 위에도 프린팅할 수 있다는 게 특징이다.

연구 결과, 프린팅된 메타 홀로그램은 효율이 매우 높아 밝은 조명 아래서도 선명한 이미지를 보였다.

노준석 교수는 “다양한 기판에 메타 홀로그램을 프린팅하는 데 성공해 가상현실(VR)이나 증강현실(AR)에 접목할 가능성을 열었다”며, “이번 연구성과는 높은 효율의 메타 홀로그램을 대량생산할 방법을 제시함으로써 상용화 가능성을 한층 높인 성과다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 포스코 산학연융합연구소 사업, LG디스플레이, 한국연구재단 전략형 나노소재 기술개발 사업·글로벌 프론티어 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.