삼성전자가 포스텍(POSTECH)과 산학협력으로 진행한 ‘메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이’ 연구 논문이 학술지 ‘네이처(Nature)’에 게재됐다고 23일 밝혔다.
이번 연구는 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀과 포스텍 나노스케일 포토닉스 & 통합생산 연구실이 진행했다.
이는 나노 단위의 미세한 구조물이 배열된 초박형3 렌즈(메타표면)를 이용해, 우리가 보는 화면을 평면(2D)과 입체(3D)로 자유롭게 바꿀 수 있는 디스플레이를 말한다.
서로 다른 방향에서 들어오는 빛을 동시에 전달, 안경 없이도 실제 사물을 보는 듯한 입체감을 제공하는 ‘라이트 필드 디스플레이(Light Field Display)’를 한단계 진화시킨 결과물이다.
기존 라이트 필드 디스플레이는 엔터테인먼트나 증강현실(AR), 의료 영상 등에서 차세대 기술로 주목받아 왔으나 범용적인 사용에는 제약이 있었다. 렌즈가 두껍고 3D 시야각이 15도 정도로 좁을 뿐 아니라, 영상 해상도가 떨어지고 사용자의 위치를 실시간으로 확인하는 시선 추적기가 필요했다.
이에, 연구팀은 빛이 특정 방향으로 진동하며 나아가는 성질인 ‘편광’을 이용해 이 문제를 해결했다. 빛이 나아가는 방향(편광)을 바꿔주기만 하면, 렌즈의 초점이 변하는 특수 나노 구조체인 ‘메타표면 렌티큘러 렌즈(MLL)’를 설계한 것이다.
특히, 단일 기기 내에서 전압을 가하는 것만으로 2D, 3D 모드를 전환할 수 있는 메타 광학 시스템을 세계 최초로 증명했다고 밝혔다. 텍스트를 읽거나 일반 작업을 할 때는 ‘고해상도 2D 모드’를, 영상을 시청할 때는 ‘다시점(Multi-view)을 지원하는 몰입형 3D 모드’를 선택적으로 활용할 수 있게 됐다고 전했다.
디스플레이 앞에 위치한 편광 조절기 상태에 따라, 저절로 오목렌즈나 볼록렌즈로 전환되는 것이 핵심이다. 편광 조절기가 작동하면, 메타렌즈는 오목렌즈로 동작하며 기존의 볼록한 렌즈의 효과를 서로 상쇄시키게 된다.
광학 기기의 ‘두께’와 ‘시야각’을 혁신적으로 개선했다고 강조했다. 일반적으로 화질과 시야각을 높이기 위해서는 부피가 크고 두꺼운 광학 렌즈를 사용해야 하지만, 연구팀이 개발한 메타표면 렌티큘러 렌즈는 1.2mm의 얇은 두께를 유지하면서도 100도에 달하는 초광시야각을 제공한다는 내용이다.
연구진은 이 기술이 스마트폰, 태블릿 등 전자기기는 물론, 상업용 디스플레이 시스템까지 차세대 디스플레이 시장의 패러다임을 바꿀 핵심 솔루션이 될 것으로 전망했다.
장세민 기자 semim99@aitimes.com
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