▲ 광시야각 2D·3D 전환 디스플레이 구조도. 포항공대, 삼성전자 제공
국내 연구진이 스마트폰에 붙이는 것만으로도 2차원(2D)과 3차원(3D)을 자유롭게 넘나들 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다. 특수안경 없이도 3D 화면을 볼 수 있어 차세대 디스플레이의 기반이 될 것이라는 기대가 나오고 있다.
22일 과학기술정보통신부에 따르면 포항공과대학 노준석 교수 연구팀과 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀은 메타렌즈를 활용해 하나의 렌즈로 2D·3D 디스플레이를 자유자재로 전환하는 기술을 공동 개발했다. 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지인 네이처에 23일 게재됐다.
연구팀에 따르면 기존 기술로 스마트폰에서 3D 화면을 보려면 대개 특수안경이 필요하다. 안경 없이 입체감을 구현하는 기술도 존재하지만 화면을 볼 수 있는 시야각이 15도 내외로 좁아 정면에 있는 한 사람만 감상할 수 있는 한계가 있다. 또 기기 자체가 3D 전용으로 설계돼 일반적인 2D 화면으로 전환하면 화질이 떨어지는 것이 단점이다.
연구팀은 이러한 문제를 1.2㎜의 초박형 구조로 설계된 메타렌즈로 해결했다. 메타렌즈는 대략 100㎚(나노미터, 1㎚는 1억분의 1ｍ) 크기의 인공 물체를 기판에 수억 개 배열해 빛의 움직임을 정밀 제어하는 광학 소자로 일반 굴절 렌즈와 달리 공급되는 전압을 조절해 빛의 굴절 방향 등을 자유자재로 바꿀 수 있다. 이를 활용한 연구팀은 편광 조절기를 통해 전압이 없을 때는 오목렌즈로 작동해 2D 화면을 왜곡 없이 보여주다가 전압이 공급되면 볼록렌즈로 전환되면서 시야각 100도 이상의 초 광시야각으로 입체 영상을 구현해내는 기술을 개발했다. 기존 기술보다 6배 이상 넓은 시야각으로 인해 여러 사람이 다양한 위치에서 동시에 3D 영상을 즐길 수 있게 됐다. 아울러 메타렌즈는 얇고 네모난 스티커 형태로 스마트폰이나 태블릿PC 화면에 붙이는 것만으로도 성능을 보여 기존 기기와의 호환성이 우수하다.
이와 함께 연구를 주도한 노 교수는 성균관대 연구진과 지난주 네이처에 나노 공정을 활용한 메타렌즈 대량생산 기술을 발표하며 메타렌즈 상용화 가능성을 제시했다. 이와 관련해 대량생산 기술을 함께 제시함으로써 기초연구 성과가 현장에 반영되기까지의 간극을 줄였다는 평가를 받고 있다.
노 교수는 “메타렌즈라는 초박형 나노 광학 소자가 차세대 디스플레이가 될 수 있다는 점을 보여준 성과”라며 “스마트폰부터 광고판까지 폭넓은 응용 가능성을 지닌 디스플레이 원천기술 확보에 기여하겠다”고 밝혔다.
강다현 수습기자 dahyun0115@ggilbo.com
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