출처:
https://www.eurekalert.org/news-releases/1035050
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04064
시야각에 따라 다른 이미지를 제공하는 다용도 메타 홀로그램 디스플레이 (이미지 크레딧: 포스텍)
"어느 각도에서나 완벽하다"는 표현은 흔히 연예인의 외모를 묘사할 때 사용됩니다. 이는 단순히 특정 시점에서만 매력적으로 보인다는 뜻이 아니라, 다양한 각도와 관점에서 일관성 있고 매력적인 매력을 유지한다는 의미입니다. 최근 포항공과대학교(포스텍) 연구팀이 메타표면을 이용해 다양한 기능을 가진 각도 의존형 홀로그램을 제작해 학계에서 큰 관심을 모으고 있습니다.
포스텍 기계공학과 노준석 교수와 화학공학과 김주훈 박사과정생으로 구성된 연구팀은 메타표면 디스플레이 기술을 개발했습니다. 이 기술은 홀로그램이 관찰자의 시야각에 따라 여러 이미지를 표시할 수 있게 해줍니다. 이 연구 결과는 최근 나노 연구 및 응용 분야 전문 국제 학술지 나노 레터스(Nano Letters)에 게재되었습니다.
물체는 보는 사람의 위치에 따라 다르게 보일 수 있으며, 이 개념은 홀로그램 기술에 활용되어 시야각에 따라 다른 이미지를 보여주는 영화와 같은 사실적인 3D 홀로그램을 생성할 수 있습니다. 하지만 각도에 따른 빛의 분산을 제어하는 것이 현재의 과제이며, 이러한 맥락에서 나노 광학을 적용하는 것은 복잡한 작업입니다.
연구팀은 빛의 특성을 정밀하게 조작할 수 있는 인공 나노 구조물인 메타표면을 활용하여 이 문제를 해결했습니다. 이 메타표면은 머리카락 두께의 100분의 1 정도로 매우 얇고 가벼워 가상 및 증강 현실 기기와 같은 소형 디스플레이에 적용하기에 적합합니다. 연구팀은 메타표면을 사용하여 특정 각도에서 특정 위상의 정보만 전달하도록 빛을 제어하는 시스템을 고안하여 입사각에 따라 다양한 이미지를 구현할 수 있도록 했습니다.
실험에서 연구팀의 메타표면은 왼쪽 원형 편광의 경우 +35˚와 -35˚의 각도에서 뚜렷한 3D 홀로그램 이미지를 생성했습니다. 놀랍게도 연구팀은 특정 편광에 따라 단일 메타표면을 사용하여 입사광에 대해 서로 다른 이미지를 생성하는 데 성공했습니다. 특히 홀로그램 디스플레이는 70도(±35도)의 넓은 시야각을 구현하여 관찰자가 다양한 방향에서 3차원 홀로그램을 인지할 수 있도록 했습니다.
연구를 주도한 노준석 교수는 "다양한 각도에서 효과적인 디스플레이를 구현하는 데 성공했다"고 설명했습니다. 이어 "이 기술이 가상 및 증강현실 디스플레이, 암호화된 영상, 정보 저장 등의 기술 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였습니다.
이번 연구는 포스코-포스텍-RIST 융합연구센터 프로그램과 과학기술정보통신부가 지원하는 한국연구재단의 STEAM 연구사업, 산업통상자원부의 알케미스트 펠로우십의 지원으로 수행되었습니다.
