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[2D/3D 전환 디스플레이 구조도 (사진=삼성전자)]

스마트폰, 태블릿 등에서 평면(2D)과 입체(3D)를 자유롭게 전환할 수 있는 디스플레이 기술이 개발됐습니다. 나노 단위 렌즈를 통해 우리가 보는 화면을 3D와 2D로 바꾸는 기술로, 차세대 디스플레이 기술을 선점했다는 평가입니다.

삼성전자는 포스텍(POSTECH)과 산학협력으로 진행한 ‘메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이’ 연구 논문이 세계적인 최고 권위 학술지 ‘네이처(Nature)’에 게재됐다고 오늘(23일) 밝혔습니다. 이번 연구에는 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀과 포스텍 나노스케일 포토닉스 & 통합생산 연구실이 함께 참여했습니다.

이 기술은 나노 단위의 미세한 구조물이 배열된 초박형 렌즈(메타표면)를 이용해 우리가 보는 화면을 3D와 2D로 자유롭게 바꿀 수 있는 디스플레이입니다. 서로 다른 방향에서 들어오는 빛을 동시에 전달해, 안경 없이도 실제 사물을 보는 듯한 입체감을 제공하는 ‘라이트 필드 디스플레이'를 진화한 것입니다.

엔터테인먼트나 증강현실(AR), 의료 영상 등 다양한 분야에서 차세대 기술로 주목받았던 라이트 필드 디스플레이는 렌즈가 두껍고 해상도가 떨어지는 등 범용적 사용에 제약이 있었습니다. 이에 연구팀은 빛이 특정 방향으로 진동하며 나아가는 성질인 ‘편광'에 주목해 이 문제를 해결했습니다. 편광을 바꾸면 렌즈의 초점이 변하는 특수 나노 구조체인 ‘메타표면 렌티큘러 렌즈(MLL)’를 독자적으로 설계한 것입니다.

연구팀은 단일 기기 내에서 전압을 가하는 것만으로 2D, 3D 모드를 전환할 수 있는 메타 광학 시스템을 세계 최초로 증명해냈습니다. 디스플레이 앞에 편광 조절기를 두고, 작동하면 메타렌즈가 오목렌즈로 동작해 2D 화면이 되고, 편광 조절기를 끄면 메타렌즈가 다시 볼록렌즈로 전환돼 3D 효과를 주는 원리입니다. 이에 따라 텍스트를 읽거나 일반 작업을 할 때는 ‘고해상도 2D 모드’를, 영상을 시청할 때는 ‘다시점을 지원하는 몰입형 3D 모드’를 선택적으로 활용할 수 있게 됐습니다.

아울러 연구팀은 단 1.2밀리미터(mm)의 얇은 두께를 유지하면서도 무려 100도에 달하는 초광시야각을 제공하는 메타표면 렌티큘러 렌즈도 개발했습니다. 기존 15도 시야각의 6배에 달하는 수준으로 3D 영상을 혼자가 아닌 여럿이서 다 같이 시청할 수 있게 됐다는 설명입니다.

아울러 가로세로 50mm 넓이의 대면적 메타렌즈를 성공적으로 제작한데 이어 OLED 디스플레이 패널에 적용 검증하면서 실제 상용화에 매우 근접했다는 점에서도 의미가 크다고 삼성전자는 평가했습니다.

삼성전자는 "이 기술은 스마트폰, 태블릿 등 전자기기는 물론, 상업용 디스플레이 시스템까지 차세대 디스플레이 시장의 패러다임을 바꿀 핵심 솔루션이 될 것으로 기대된다"라면서 "앞으로도 한계를 뛰어넘는 혁신 기술 연구를 지속해 원천 기술 리더십을 확고히 할 것"이라고 말했습니다.