삼성전자-포스텍, ‘메타렌즈’로 디스플레이 한계 넘다... 2D·3D 자유 전환 기술 구현 - 한국데이터경제신문

공간 컴퓨팅과 확장현실(XR) 시장이 본격화되면서 디스플레이의 물리적 한계를 극복하기 위한 '메타 광학(Meta-optics)' 기술이 차세대 디지털 경제의 핵심 동력으로 부상하고 있다. 특히 안경 없이 입체감을 구현하는 무안경 3D 기술은 좁은 시야각과 장치의 부피 문제가 상용화의 걸림돌이었으나, 최근 국내 연구진이 나노 구조체를 활용해 이를 혁신적으로 해결하는 데 성공했다. 삼성전자 삼성리서치와 포스텍(POSTECH) 공동 연구팀은 나노 단위 미세 구조물을 배열한 ‘메타표면 렌티큘러 렌즈’를 통해 2D와 3D 모드를 자유자재로 전환할 수 있는 디스플레이 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구 성과는 세계 최고 권위 학술지인 ‘네이처(Nature)’에 게재되며 대한민국이 차세대 광학 소자 및 디스플레이 원천 기술에서 글로벌 리더십을 확보했음을 입증했다는 평가를 받는다. ■ 메타 광학 시스템: ‘편광’ 제어로 물리적 렌즈 굴절률 재정의 기존의 라이트 필드 디스플레이는 입체감을 주기 위해 두꺼운 볼록렌즈를 사용해야 했으며, 이로 인해 기기가 무거워지고 화질이 저하되는 기술적 난제가 존재했다. 연구팀은 빛의 진동 방향인 ‘편광(Polarization)’에 따라 렌즈의 특성이 변하는 나노 구조체인 메타렌즈(MLL)를 설계해 이 문제를 정면 돌파했다. 전압을 통해 편광 조절기를 작동시키면 메타렌즈가 오목렌즈로 기능하며 기존 렌즈의 굴절력을 상쇄, 빛을 직진시켜 고해상도 2D 영상을 구현한다. 반대로 조절기를 끄면 강력한 볼록렌즈로 전환되어 입체적인 3D 모드를 활성화한다. 이는 단일 디스플레이 내에서 텍스트 가독성이 중요한 작업과 몰입감이 필요한 영상 시청 환경을 소프트웨어적 제어만으로 구현할 수 있음을 의미한다. ■ 시야각 6배 확장... ‘나홀로 3D’에서 ‘함께 즐기는 3D’로 이번 연구가 제시한 데이터 포인트 중 가장 주목할 부분은 광학적 성능의 비약적 향상이다. 연구팀은 단 1.2mm라는 초박막 두께를 유지하면서도 3D 시야각을 기존 15도에서 100도까지 확장시켰다. 이는 기존 기술 대비 6배 이상 넓어진 수치로, 한 명의 사용자만 특정 각도에서 시청해야 했던 제약을 넘어 여러 명이 동시에 고화질 3D 영상을 즐길 수 있는 환경을 구축한 것으로 분석된다. 또한, 메타렌즈의 높은 개구수(Numerical Aperture) 설계는 광학 기기의 소형화와 고성능화를 동시에 달성했다는 점에서 의미가 크다. 부피가 큰 광학 장비 없이도 모바일 기기의 슬림한 폼팩터를 유지하며 고성능 입체 영상을 구현할 수 있는 기술적 토대가 마련된 것이다. ■ OLED 패널 연동 성공... 상용화 궤도 진입한 '메타 디스플레이' 연구팀은 실험실 수준의 검증을 넘어 25cm²(50mm x 50mm) 크기의 대면적 메타렌즈 제작에 성공했으며, 이를 실제 모바일용 OLED 디스플레이 패널에 적용해 기술 완성도를 검증했다. 이는 해당 기술이 스마트폰, 태블릿은 물론 차세대 자동차 헤드업 디스플레이(HUD)나 의료용 정밀 입체 영상 시스템 등 다양한 산업 분야로 즉시 확장될 수 있음을 시사한다. 삼성전자와 포스텍의 이번 산학협력 모델은 기초 과학 연구가 실제 산업 현장의 난제를 해결하고 상용화 가능성까지 증명한 모범 사례로 평가된다. 이번 사안은 향후 글로벌 디스플레이 시장에서 데이터 기반의 공간 정보 표현력을 극대화하고, 차세대 미디어 생태계를 선도하는 중요한 이정표가 될 전망이다.