[더팩트ㅣ이성락 기자] 삼성전자와 포항공과대학교(포스텍)의 차세대 디스플레이 기술 관련 논문이 최고 권위 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.

23일 삼성전자 뉴스룸에 따르면 '네이처'에 게재된 연구 논문은 '메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이'다. 삼성전자가 포스텍과의 산학 협력으로 실시한 연구 내용이다.

'메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이'는 나노 단위의 미세한 구조물이 배열된 초박형 렌즈(메타표면)를 이용해 우리가 보는 화면을 평면(2D)과 입체(3D)로 자유롭게 바꿀 수 있는 디스플레이를 말한다.

메타표면은 기존 곡면 렌즈 대비 두께를 크게 줄이면서도 복잡한 광학 기능을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이와 카메라 시스템 등에서 활발히 연구되고 있다.

이 기술은 서로 다른 방향에서 들어오는 빛을 동시에 전달해 안경 없이도 실제 사물을 보는 듯한 입체감을 제공하는 라이트 필드 디스플레이를 한 단계 진화시킨 결과물이다.

기존 라이트 필드 디스플레이는 엔터테인먼트, 증강현실(AR), 의료 영상 등 다양한 분야의 차세대 기술로 주목받았다. 그러나 범용적인 사용에는 제약이 있었다. 렌즈가 두꺼울 뿐만 아니라 3D 시야각이 15도 정도로 좁았다. 영상 해상도가 떨어지고 사용자의 위치를 실시간으로 확인하는 시선 추적기가 필요했다.

연구팀은 빛이 특정 방향으로 진동하며 나아가는 성질인 편광을 이용해 이 문제를 해결했다. 빛이 나아가는 방향을 바꿔주기만 하면, 렌즈의 초점이 변하는 특수 나노 구조체 '메타표면 렌티큘러 렌즈'를 독자적으로 설계했다.

특히 전압을 가하는 것만으로 2D·3D 모드를 전환할 수 있는 메타 광학 시스템을 세계 최초로 증명했다. 텍스트를 읽거나 일반 작업을 할 때 고해상도 2D 모드를, 영상을 시청할 때 다(多)시점을 지원하는 몰입형 3D 모드를 선택적으로 활용할 수 있도록 했다.

이번 기술은 렌즈 두께를 1.2㎜ 수준으로 줄이면서도 시야각을 기존 약 15도에서 100도까지 확대했다. 여러 명이 동시에 3D 화면을 시청할 수 있는 셈이다.

연구팀은 해당 기술을 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 패널에 적용해 성능을 검증했다. 이를 통해 스마트폰과 태블릿 등 전자기기뿐만 아니라 상업용 디스플레이로의 확장 가능성을 확인했다.

삼성전자는 "이번 '네이처' 논문 게재를 통해 차세대 메타 광학 소자·디스플레이 원천 기술 리더십을 확고히 했다"며 "앞으로도 한계를 뛰어넘는 혁신 기술 연구를 지속해 나갈 계획"이라고 말했다.

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