'메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D∙3D 전환 디스플레이'란 나노 단위의 미세한 구조물이 배열된 초박형3 렌즈(메타표면)를 이용해 사용자가 보는 화면을 평면(2D)과 입체(3D)로 자유롭게 바꿀 수 있는 디스플레이다.
메타표면은 기존 곡면 렌즈 대비 두께를 크게 줄이면서도 복잡한 광학 기능을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이와 카메라 시스템 등에서 활발히 연구되는 기술이다.
기존 라이트 필드 디스플레이는 렌즈가 두껍고 3D 시야각이 15도 정도로 좁고 영상 해상도가 떨어지는 등의 제약이 있어 범용적인 사용이 어려웠으나 연구팀은 빛이 특정 방향으로 진동하며 나아가는 성질인 '편광'을 이용해 문제를 해결했다.
빛이 나아가는 방향(편광)을 바꿔주기만 하면 렌즈의 초점이 변하는 특수 나노 구조체인 '메타표면 렌티큘러 렌즈(MLL)'를 독자적으로 설계한 것이다.
이번 연구는 단일 기기 내에서 전압을 가하는 것만으로 2D, 3D 모드를 전환할 수 있는 메타 광학 시스템을 세계 최초로 증명했다. 텍스트를 읽거나 일반 작업을 할 때는 '고해상도 2D 모드'를, 영상을 시청할 때는 '다시점을 지원하는 몰입형 3D 모드'를 선택적으로 활용할 수 있다.
광학 기기의 '두께'와 '시야각'도 혁신적으로 개선했다. 연구팀이 개발한 메타표면 렌티큘러 렌즈는 1.2밀리미터(mm)의 얇은 두께를 유지하면서도 100도에 달하는 초광시야각을 제공해 3D 영상을 여러 명이 다 같이 시청할 수 있다.
컨셉 검증을 넘어 실제 상용화에 매우 근접했다. 연구팀은 가로세로 50mm(25cm²) 넓이의 대면적 메타렌즈를 성공적으로 제작하고 이를 모바일 시장의 주류인 OLED 디스플레이 패널에 적용 검증해 기술의 완성도를 높였다.
삼성전자는 향후 이 기술이 스마트폰, 태블릿 등 전자기기는 물론 상업용 디스플레이 시스템까지 차세대 디스플레이 시장의 패러다임을 바꿀 핵심 솔루션이 될 것으로 기대하고 있다.
삼성전자 관계자는 "이번 네이처 논문 게재를 통해 차세대 메타 광학 소자 및 디스플레이 원천 기술 리더십을 확고히 했다"며 "앞으로도 한계를 뛰어넘는 혁신 기술 연구를 지속해 나갈 계획"이라고 말했다.
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