삼성전자(005930)는 포스텍(POSTECH)과 함께 안경 없이도 고해상도 평면(2D) 영상·몰입형 입체(3D) 영상을 하나의 화면에서 자유롭게 오가는 차세대 디스플레이 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

개발된 기술은 연구 논문으로 세계 최고 권위 학술지 '네이처(Nature)'에 게재된다. 차세대 메타 광학 소자 및 디스플레이 원천 기술 분야에서 글로벌 리더십을 확고히 했다고 삼성전자는 설명했다.

이번 연구 핵심인 '메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이'는 나노 단위 미세 구조물이 배열된 초박형 렌즈(메타표면)를 이용해 시청 환경에 따라 화면 모드를 선택적으로 바꿀 수 있는 기술이다.

메타표면은 기존 곡면 렌즈보다 두께를 획기적으로 줄이면서도 복잡한 광학 기능을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이와 카메라 시스템의 게임 체인저로 주목받는 기술이다.

기존 무안경 입체 디스플레이 기술인 '라이트 필드 디스플레이'는 엔터테인먼트, 증강현실(AR), 의료 영상 등 다양한 분야에서 기대를 모았으나 실제 범용화에는 한계가 명확했다.

렌즈 자체가 두꺼워 기기 슬림화가 어렵고 3D 시야각이 15도 정도로 좁아 정해진 정면 위치에서만 입체감을 느낄 수 있었기 때문이다.

삼성전자와 포스텍 공동 연구팀은 빛의 진동 성질인 '편광(Polarization)'을 제어하는 나노 구조체를 통해 이 같은 난제를 해결했다.

연구팀은 전압을 가해 빛의 나아가는 방향을 바꿔주기만 하면 렌즈의 초점이 변하는 특수한 나노 구조체인 '메타표면 렌티큘러 렌즈(MLL)'를 독자적으로 설계해 세계 최초로 증명해 냈다.

이번 연구의 가장 큰 성과는 광학 기기의 물리적 한계인 '두께'와 '시야각'을 동시에 혁신했다는 점이다.

일반적으로 고화질과 넓은 시야각을 얻으려면 렌즈가 크고 두꺼워져야 한다. 그러나 연구팀은 단 1.2㎜의 얇은 두께를 유지하면서도 무려 100도에 달하는 초광시야각을 구현했다.

이는 기존 기술(15도) 대비 6배 이상 확장된 수치로 이제 3D 영상을 혼자가 아닌 여럿이서 동시에 시청할 수 있는 기술적 토대를 마련한 것으로 평가받는다.

특히 이번 연구는 단순한 이론적 검증을 넘어 실제 상용화 수준에 도달했다는 점에서 의미가 깊다.

연구팀은 가로세로 50㎜(25㎠) 크기의 대면적 메타렌즈 제작에 성공했으며 이를 현재 모바일 시장의 주류인 OLED 디스플레이 패널에 직접 적용해 검증을 완료했다.

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