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손가락 터치로 홀로그램 구현...미래 디스플레이에 ‘한걸음’

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손가락 터치로 홀로그램 구현...미래 디스플레이에 ‘한걸음’

2020.11.11 02:00
손가락 터치만으로 홀로그램 이미지를 변조하는 장치 모식도. 압력감응형 액정 기반 광변조기를 이용해 가벼운 손가락 터치만으로 매우 빠르게 홀로그램 이미지를 스위칭 할 수 있다. 노준석 교수 제공.
손가락 터치만으로 홀로그램 이미지를 변조하는 장치 모식도. 압력감응형 액정 기반 광변조기를 이용해 가벼운 손가락 터치만으로 매우 빠르게 홀로그램 이미지를 스위칭 할 수 있다. 노준석 교수 제공.

국내 연구진이 자연에 존재하지 않는 인공물질을 뜻하는 ‘메타물질’에 액정 기술을 접목해 손동작만으로 홀로그램 이미지를 구현하는 기술을 개발했다. 마치 영화 속 ‘아이언맨’이 손동작으로 화면을 띄워 데이터를 확인하는 것과 같은 홀로그램 기술이다. 

 

노준석 포스텍 기계공학과·화학공학과 교수와 김영기 포스텍 화학공학과 교수 연구팀은 ‘투명 망토’나 ‘음굴절’을 구현할 수 있는 메타물질에 액정기술을 접목, 외부 자극에 반응하는 초소형 홀로그램 장치를 개발하고 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 10일자(현지시간) 표지논문에 발표했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 및 LG디스플레이의 지원을 받아 수행됐다. 

 

2차원 소재로 알려진 메타물질로 구성된 메타표면 장치는 수백 나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 두께의 초박막·초경량·초소형 광학 소자다. 홀로그램이나 초박막 렌즈장치, 미래형 디스플레이 등 다양한 응용 분야에 접목되고 있다. 

 

그러나 메타표면 장치는 한번 소자를 제작하고 나면 광학 특성을 바꿀 없는 한계가 있다. 이같은 메타물질로 구현된 홀로그램은 처음 프로그래밍된 단일 이미지만 띄울 수 있다. 

 

연구팀은 외부 자극에 반응해 광학적 특성을 쉽게 바꿀 수 있는 액정을 메타물질에 접목했다. 메타표면에 특별하게 고안된 액정 기반 광변조기를 결합시켜 액정 셀의 재료와 디자인에 따라 손가락 터치나 전압, 열과 같은 다양한 외부 자극에 반응하도록 한 것이다. 

 

연구팀은 개발한 장치가 다양한 외부 자극에 제대로 작동하는지 확인했다. 전압에 반응하도록 고안된 액정을 접목한 경우 0.8볼트 또는 1볼트의 전압을 걸어주면 수 밀리초(0.001초) 이내에 홀로그램 이미지가 빠르게 변환됐다. 

 

온도에 반응하는 액정을 접목한 장치는 특정 온도(47도) 이상이 되면 홀로그램 이미지가 변환됐다. 터치에 반응하도록 디자인된 장치는 10킬로파스칼(kPa)에서 0.01메가파스칼(MPa) 사이의 가벼운 손가락 압력 터치 만으로도 홀로그램 이미지를 빠르게 바꿀 수 있었다. 

 

노준석 교수는 “이번에 개발된 초소형 홀로그램 장치는 고화질 홀로그램 비디오 재생 광학소자, 온도감응형 홀로글매 센서 등 다양한 홀로그램 기술을 앞당기는 데 도움을 줄 것으로 기대된다”며 “미생물이나 화학물질을 검출하는 센서에 기술을 접목하기 위한 연구를 지속할 계획”이라고 밝혔다. 

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