[프레스나인] 삼성전자가 포스텍(POSTECH)과의 산학협력을 통해 단일 기기에서 2D와 3D 화면을 자유롭게 전환할 수 있는 메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 디스플레이 기술을 세계 최초로 구현했다고 23일 밝혔다.
이는 안경 없는 입체 영상과 고해상도 평면 화면을 하나의 기기에서 선택적으로 제공하는 기술로, 차세대 디스플레이 시장의 판도를 바꿀 원천 기술로 평가된다. 관련 연구 논문은 세계 최고 권위 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
이번 기술의 핵심은 나노 단위 구조물이 배열된 초박형 렌즈인 '메타표면(Metasurface)'을 활용해 빛의 편광(Polarization) 방향을 제어하는 데 있다.
연구팀이 독자 설계한 '메타표면 렌티큘러 렌즈(MLL)'는 디스플레이 전면에 위치한 편광 조절기의 작동 여부에 따라 오목렌즈와 볼록렌즈 역할을 자동 전환한다. 편광 조절기가 켜지면 두 렌즈의 반대 굴절력이 상쇄되어 빛이 직진하며 고해상도 2D 영상을 구현하고, 꺼지면 볼록렌즈 효과가 극대화되며 다시점(Multi-view) 입체 영상이 펼쳐진다. 전압 인가만으로 모드 전환이 가능해 별도의 시선 추적 장치도 필요하지 않다.
기존 라이트 필드 디스플레이(Light Field Display)는 3D 시야각이 약 15도에 불과하고 렌즈 두께가 두꺼워 범용 제품에 적용하기 어려웠다. 연구팀은 이 한계를 이번 기술로 동시에 돌파했다. 높은 개구수(Numerical Aperture)를 갖도록 설계된 메타표면 렌티큘러 렌즈는 두께 1.2mm를 유지하면서도 시야각을 100도까지 확장했다. 기존 대비 6배 이상 넓어진 시야각은 3D 콘텐츠를 여럿이 동시에 시청할 수 있는 환경을 가능하게 한다.
연구팀은 가로세로 50mm, 면적 기준 25㎠의 대면적 메타렌즈를 실제로 제작하고, 이를 모바일 시장의 주류 패널인 OLED 디스플레이에 적용해 기술 완성도를 검증했다. 컨셉 수준을 넘어 상용 패널과의 결합 가능성을 실증했다는 점에서 양산 적용 가능성을 한층 높인 것으로 업계는 보고 있다.
이번 연구는 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀과 포스텍 나노스케일 포토닉스 & 통합생산 연구실이 공동으로 수행했다. 삼성전자는 이번 성과를 통해 메타 광학 소자 및 디스플레이 원천 기술 분야에서의 기술 리더십을 강화하는 한편, 스마트폰·태블릿 등 모바일 기기와 상업용 디스플레이 시스템으로의 기술 확산을 본격 추진할 계획이다.
편광 조절기 전원 상태에 따라 메타렌즈가 고해상도 2D 모드 또는 입체 3D 모드로 전환되는 광학 원리 구조도. 사진/삼성전자
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