"안경 없이 여럿이 3D 본다"…삼성전자·포스텍, 메타렌즈 기술 네이처 게재 - 디지털데일리

"안경 없이 여럿이 3D 본다"…삼성전자·포스텍, 메타렌즈 기술 네이처 게재 나노 구조체로 편광 제어해 2D·3D 자유자재 전환… 세계 최초 시스템 증명 1.2mm초박막 두께에 100도 초광시야각 구현… 기존 15도와 비교해 6배 확장 [디지털데일리 배태용기자] 삼성전자가 포스텍(POSTECH)과 산학협력으로 진행한 메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이 연구 논문이 세계적 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 이번 연구는 나노 단위의 미세 구조물이 배열된 초박형 렌즈인 메타표면을 이용해 화면을 평면과 입체로 자유롭게 바꿀 수 있는 기술을 다룬다. 연구팀은 빛의 편광 성질을 이용해 기존 3D 디스플레이의 한계를 극복했다. 빛의 방향을 바꾸면 렌즈 초점이 변하는 메타표면 렌티큘러 렌즈(MLL)를 독자 설계해 전압 가동만으로 모드 전환이 가능한 메타 광학 시스템을 세계 최초로 입증했다. 이를 통해 텍스트 작업 시에는 고해상도 2D 모드를 사용하고 영상 시청 시에는 몰입형 3D 모드를 선택적으로 활용할 수 있다. 핵심 원리는 디스플레이 앞에 위치한 편광 조절기 상태에 따른 렌즈 형태 변화에 있다. 조절기가 작동하면 메타렌즈가 오목렌즈로 동작해 기존 볼록렌즈 효과를 상쇄하며 빛을 직진시킨다. 반면 조절기를 끄면 메타렌즈가 볼록렌즈로 전환돼 입체 효과와 시야각을 극대화하는 방식이다. 기존 라이트 필드 디스플레이가 가졌던 저해상도 문제와 시선 추적기 필요성 등의 제약을 동시에 해결했다는 평가다. 특히 이번 기술은 광학 기기의 두께와 시야각을 혁신적으로 개선했다. 일반적으로 화질과 시야각을 높이기 위해서는 두꺼운 광학 렌즈가 필요했으나 연구팀은 단 1.2mm의 얇은 두께를 유지하면서도 무려 100도에 달하는 초광시야각을 구현했다. 이는 기존 렌즈 기술이 보유했던 15도 시야각과 비교해 6배 이상 확장된 수치로 이제 3D 영상을 혼자가 아닌 여럿이서 동시에 시청할 수 있게 된 셈이다. 상용화 가능성도 확인됐다. 연구팀은 25cm²넓이의 대면적 메타렌즈 제작에 성공했으며 이를 모바일 시장 주류인 OLED 디스플레이 패널에 적용해 검증을 마쳤다. 향후 스마트폰과 태블릿 및 상업용 디스플레이 시스템 등 차세대 디스플레이 시장의 패러다임을 바꿀 핵심 솔루션이 될 것이라는 분석이 나온다. 이번 연구에는 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀과 포스텍 나노스케일 포토닉스 및 통합생산 연구실이 공동 참여했다. 일각에서는 삼성전자가 이번 네이처 논문 게재를 통해 차세대 메타 광학 소자 및 디스플레이 원천 기술 리더십을 확고히 했다는 평가도 나온다. 삼성전자는 앞으로도 한계를 뛰어넘는 혁신 기술 연구를 지속해 나갈 계획이다.