기존 렌즈와 메타렌즈 비교 그래픽. [사진: 과학기술정보통신부·포항공과대학교]
[디지털투데이 이진호 기자] 국내 연구진이 스마트폰에 붙이기만 하면 안경 없이도 2D와 3D를 자유자재로 전환할 수 있는 디스플레이 기술을 세계 최초로 개발했다.
과학기술정보통신부는 노준석 포항공과대학교 교수 연구팀과 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀이 차세대 광학소자인 '메타렌즈'를 활용해 하나의 렌즈로 2D와 3D를 자유자재로 전환하는 기술을 공동 개발했다고 23일 밝혔다.
기존에도 안경 없이 입체감을 구현하는 기술은 존재했지만 상용화에는 장벽이 있었다. 화면을 볼 수 있는 시야각이 15도 내외로 매우 좁거나 기기 자체가 3D 전용으로 설계된 탓에 일반적인 2D화면을 볼 때 화질이 현저히 떨어지는 단점이 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 1.2mm의 초박형 구조로 설계된 메타렌즈로 해결했다. 메타렌즈는 나노미터 크기의 인공 나노 구조체를 기판 위에 배열하고, 빛의 위상·진폭·편광을 정밀하게 제어해 렌즈의 기능을 구현하는 초박형 평면 광학 소자다.
일반적인 렌즈는 한번 제작되면 그 특성을 바꿀 수 없지만 메타렌즈는 전압 공급에 따라 빛의 굴절 방향을 자유자재로 조절한다. 전압이 없을 때는 오목렌즈로 작동해 고해상도 2D화면을 왜곡 없이 보여준다. 전압이 공급되면 볼록렌즈로 작동해 기존 기술보다 시야각이 6배 이상 넓은 100도의 초광시야각으로 입체 영상을 구현한다.
특히 이 메타렌즈는 스마트폰이나 태블릿PC 화면에 스티커처럼 붙이는 것만으로도 성능이 구현된다. 기존 기기와의 호환성이 매우 뛰어나 향후 모바일 기기는 물론 정밀 의료 영상 시스템이나 대형 옥외 광고판까지 폭넓게 적용될 전망이다.
과기정통부 지원 사업 및 삼성미래기술육성사업, 포스코홀딩스 N.EX.T Impact 사업, 삼성리서치 산학협력과제 등으로 수행한 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지인 네이처지에 23일 게재됐다.
연구를 주도한 노준석 교수는 이번 기술과 더불어 최근 조규진·김인기 성균관대 교수와 공동 교신저자로 참여해 네이처지에 발표한 '메타렌즈 대량 생산 공정 기술'을 함께 제시함으로써 실제 상용화 가능성을 제시했다. 두 논문은 오는 30일 발행되는 네이처 발간호에 동시에 실릴 예정이다.
국내 연구자가 세계 최고 권위 학술지의 발간호에 교신저자로 서로 다른 두 연구를 동시 게재한 건 최초라는 게 과기정통부 설명이다.
노준석 교수는 "이번 연구는 메타렌즈가 차세대 디스플레이 플랫폼으로서 실용적인 가능성을 지님을 실증한 성과"라며 "스마트폰부터 산업용 광고판까지 폭넓은 응용 가능성을 지닌 디스플레이 원천 기술 확보에 기여할 것"이라고 밝혔다.
김성수 과기정통부 연구개발정책실장은 "노준석 교수는 과기정통부 기초연구사업을 통해 10년 이상 신진·중견연구를 수행해온 연구자"라며 "앞으로도 기초연구에 대한 꾸준한 투자로 연구자들이 세계 무대에서 마음껏 활약할 수 있도록 지원하겠다"고 밝혔다.
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