노준석 포스텍 교수 논문 게재
스마트폰 화면에 필름처럼 붙이면
입체 화면 보여주는 ‘메타렌즈’ 개발
노준석 포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수. /과학기술정보통신부
국내 연구진이 스마트폰 화면에 필름처럼 붙이면, 평소 2D 화면을 보여주다가 원할 때 3D 안경 없이도 입체 화면으로 전환되는 디스플레이 기술을 세계 최초로 개발했다.
과학기술정보통신부는 22일 노준석(45) 포스텍 교수와 삼성전자 공동 연구팀이 차세대 광학 소자인 ‘메타렌즈’를 활용해 2D와 3D를 자유롭게 전환할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 메타렌즈는 나노미터(10억분의 1m) 크기 인공 구조체를 평면에 배열해 빛의 방향을 정밀하게 제어하는 초박형 렌즈로, 기존 볼록렌즈보다 수백 배 얇게 만들 수 있다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처에 게재됐다.
기존에도 비슷한 기술이 있었지만 한계가 뚜렷했다. 시야각이 극히 좁아 정면에서 1명이 겨우 볼 수 있는 정도였고, 화질도 떨어졌다. 이번 기술은 시야각을 100도로 넓혀 여러 사람이 다양한 위치에서 입체 영상을 볼 수 있다. 2D 화질도 크게 개선했다. 두께는 1.2㎜에 불과하고, OLED 패널 위에 부착하는 방식이라 기존 기기와 호환성도 높다. 2D와 3D 전환 시간도 0.01초면 된다.
노 교수는 성균관대 공동 연구팀과 메타렌즈 대량 생산 가능성을 제시하는 기술도 개발했다. 메타렌즈는 그동안 전자빔으로 나노 패턴을 하나씩 새기는 공정에 의존해 비용이 많이 들고, 대량 생산이 어렵다는 한계가 있었다. 노 교수팀은 이를 극복하기 위해 신문을 인쇄하듯 찍어내는 ‘롤투롤 나노임프린트’ 공정 기술을 개발했다. 기존 방식보다 100배 빠른 초당 300개 속도로 메타렌즈를 만들 수 있고, 비용도 많이 줄어든다. 이 연구 역시 지난 16일 네이처에 실렸다. 과기부에 따르면, 국내 연구자가 네이처에 2주 연속 논문을 실은 것은 처음이다.
다만 실제 상용화까지 풀어야 할 과제는 남아 있다. 노 교수는 “실험실에서는 여러 번 성공했지만, 공장 수준의 반복성과 투과율 개선 등은 더 연구가 필요하다”고 했다. 상용화되면 스마트폰·태블릿 등 모바일 기기부터 대형 광고판, 의료 영상 시스템, 초경량 AR 안경 등으로 활용 범위가 넓어질 전망이다.
노 교수는 올해 노벨심포지움 발표자로도 초청돼 있다. 노벨심포지움은 노벨상 선정 기관인 스웨덴 왕립과학원과 노벨재단이 주관하는 최고 수준의 국제학술회의다. 노 교수는 “메타물질이 정말 세상을 바꿀 수 있다고 판단한다는 의미”라며 “이번 연구가 메타렌즈 상용화로 이어질 수 있는 실질적 토대를 마련했다고 생각한다”고 말했다.
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