韓 연구진, 빛만 비추면 초고해상도 홀로그램 구현 기술 개발

사진=ETRI

[아시아경제 안하늘 기자] 국내 연구진이 상전이(相轉移) 물질을 이용해 초고해상도 픽셀을 구현할 수 있는 차세대 홀로그램 개발에 성공했다. 향후 홀로그램 동영상 재생이 가능한 디스플레이 패널 구현이 가능할 전망이다.

한국전자통신연구원(ERTI)는 1마이크로미터(㎛) 픽셀에 가로 세로 3센치미터(cm) 크기 홀로그램 영상을 상전이 물질을 이용해 구현한 연구 결과가 과학지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 지난달 24일자에 게재됐다고 2일 밝혔다.

본 연구결과에 사용된 상전이 물질은 최근 재조명받고 있는 칼코게나이드계 화합물인 '게르마늄 안티몬 텔룰라이드'(Ge2Sb2Te5, GST)이다. 그동안 DVD나 상전이 메모리 소자(PRAM) 등에 응용된 바 있다.

현재 홀로그램 영상 표시는 액정을 이용한 공간 광변조기 방식이 주로 쓰인다. 액정에 전압을 걸어 빛의 위상, 편광을 효과적으로 변경해 홀로그램 영상을 만들어 낸다.

하지만 액정 소자는 홀로그램 영상의 화질과 시야각을 높이기 위해 필요한 마이크로미터(㎛) 수준의 픽셀크기를 만들어 내는데 한계가 있었다.

ETRI는 이런 문제점을 해결하기 위해 반도체 메모리 소자로 연구되었던 상전이 물질(GST)을 이용했다. 상전이 물질은 비정질 상태와 결정질 상태를 가질 수 있으며 이에 따라서 투과율과 굴절률이 변하는 물질이다.

따라서 마이크로미터(㎛) 수준 이하의 픽셀크기로 만들 수 있으면서 빛의 위상 조절이 가능해 홀로그램 영상을 만들 수 있다. 본 결과는 기존 액정을 이용한 방법보다 약 1/4 가량 픽셀을 작게 만들면서 빛의 파장에 가까운 픽셀 크기를 구현했다는 데 그 의미가 크다.

특히, 이번 연구결과에 사용된 물질인 상전이 물질은 수십 내지 수백 나노미터(㎚) 크기의 집적 공정이 가능함이 검증된 물질이다.

이렇게 높아진 해상도 때문에 보통의 LED 빛만으로도 홀로그램 영상이 뚜렷하게 나타날 수 있게 되었다. 또 박막두께를 조절해 파장이 긴 것만 골라 반사시키면 빨강색도 만들 수 있게 된다.

ETRI는 홀로그램 디스플레이를 위한 공간 광 변조 장치를 개발하는데 있어서 가장 큰 화두이자 걸림돌 중 하나인 1마이크로미터(㎛)이하의 초소형 픽셀 구현이 가능함을 밝힌 셈이다.

연구진은 향후 상전이 물질을 기반으로 2년내 패널형태로 제작하여 디지털 홀로그램 영상을 구현할 계획이다. 이를 통해 동영상 구현과 플렉시블 홀로그램 디스플레이 패널 등에도 적용할 계획이다.

황치선 실감디스플레이연구그룹장은 "현 수준의 연구결과는 상전이 물질을 이용, 정지상 홀로그램 이미지를 구현하는 수준이나, 지속적인 연구를 통해 동영상 재생이 가능한 차세대 광 변조장치를 개발할 예정"이라고 밝혔다.

이번 논문의 제1저자는 ETRI 연구원 출신인 경북대 이승열 교수이고 ETRI에선 김용해 박사, 황치선 그룹장 등이 참여했다. 이번 연구는 미래창조과학부 '기가코리아 사업단'의 지원으로 개발됐다.

안하늘 기자 ahn708@asiae.co.kr