삼성전자·포스텍, 2D·3D 전환 디스플레이 '네이처' 게재…메타렌즈로...

보는 방향에 따라 다른 정보가 표현되는 라이트 필드 디스플레이의 원리. 사진=삼성전자

삼성전자와 포스텍이 차세대 디스플레이 기술의 새로운 가능성을 제시했다.

삼성전자는 포스텍과 공동 연구한 ‘메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이’ 논문이 세계 최고 권위 학술지 네이처에 게재됐다고 밝혔다.

이번 연구는 나노 구조 기반 메타렌즈를 활용해 하나의 디스플레이에서 2D와 3D 화면을 자유롭게 전환할 수 있는 기술을 구현한 것이 핵심이다. 기존 3D 디스플레이가 지닌 두꺼운 렌즈 구조, 좁은 시야각, 낮은 해상도 등의 한계를 근본적으로 개선했다는 평가다.

연구팀은 빛의 진동 방향인 ‘편광’을 정밀하게 제어하는 메타표면 렌티큘러 렌즈를 독자 설계했다. 이 렌즈는 전압에 따라 오목렌즈와 볼록렌즈 역할을 전환하며, 2D와 3D 모드를 선택적으로 구현한다.

2D 모드에서는 렌즈 간 광학 효과가 상쇄돼 빛이 직진하면서 고해상도 평면 이미지를 구현한다. 반면 3D 모드에서는 볼록렌즈 효과가 강화돼 다수 시점을 제공하는 입체 영상이 구현된다. 이를 통해 별도의 안경이나 시선 추적 장치 없이도 자연스러운 3D 시청이 가능하다.

특히 이번 기술은 기존 라이트 필드 디스플레이의 약점으로 꼽히던 시야각과 두께 문제를 동시에 해결했다. 연구팀이 개발한 메타렌즈는 두께 1.2mm 수준의 초박막 구조임에도 약 100도의 시야각을 구현해 기존 대비 6배 이상 넓혔다.

또한 실제 상용화를 고려한 대면적 제작과 디스플레이 적용 검증까지 완료했다. 연구팀은 25cm² 크기의 메타렌즈를 제작해 모바일용 OLED 패널과 결합, 실시간 2D·3D 전환 기능을 입증했다.

업계에서는 이번 기술이 스마트폰과 태블릿 등 모바일 기기는 물론, 상업용 디스플레이와 증강현실(AR), 의료 영상 분야까지 확장될 수 있을 것으로 보고 있다.

삼성전자 관계자는 “이번 연구는 메타 광학 기반 디스플레이의 실용 가능성을 입증한 중요한 성과”라며 “차세대 디스플레이 원천 기술 확보를 통해 글로벌 기술 리더십을 더욱 강화해 나갈 것”이라고 밝혔다.