국내 연구진, 전환형 메타렌즈 개발로 차세대 디스플레이 구현

포항공과대학교 노준석 교수 연구팀과 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀이 공동으로 차세대 광학소자인 메타렌즈를 활용해 2D-3D 전환이 가능한 기술을 개발했다. 

이 기술은 스마트폰에 부착하여 사용할 수 있으며, 안경 없이도 2D와 3D 화면을 자유롭게 전환할 수 있다는 점에서 의의를 가진다. 연구진은 메타렌즈를 통해 기존 기술의 한계를 극복하고 초광시야각 3D 영상 구현에 성공했다.

최근 VR·AR 및 의료영상 등 3D 콘텐츠 수요가 증가하고 있지만, 2D 콘텐츠 소비가 여전히 주를 이루고 있다. 따라서 하나의 기기로 2D와 3D 방식을 자유롭게 전환할 수 있는 디스플레이 기술이 상업적으로 주목받아왔다. 

기존 안경 없는 3D 기술은 시야각이 좁거나 2D 화질이 저하되는 문제점이 있었지만, 연구진은 메타렌즈를 통해 이러한 문제점을 해결했다.

연구팀은 1.2mm의 초박형 구조로 설계된 메타렌즈를 개발했다. 일반적인 렌즈는 특성을 변경할 수 없지만, 메타렌즈는 전압 공급에 따라 빛의 굴절 방향을 자유롭게 조절할 수 있다. 

전압이 없을 때는 오목렌즈로 작동하여 고해상도 2D 화면을 왜곡 없이 보여주며, 전압이 공급되면 볼록렌즈로 작동하여 시야각 100도의 초광시야각 3D 영상을 구현한다. 이를 통해 여러 사람이 다양한 위치에서 몰입감 넘치는 3D 영상을 동시에 즐길 수 있게 됐다.

특히 메타렌즈는 스마트폰이나 태블릿PC 화면에 스티커처럼 부착하여 사용할 수 있어 기존 기기와의 호환성이 뛰어나다. 

이는 모바일 기기뿐만 아니라 정밀 의료 영상 시스템이나 대형 옥외 광고판 등 다양한 분야에 적용될 수 있음을 의미한다. 노준석 교수는 “연구는 메타렌즈라는 초박형 나노광학 소자가 차세대 디스플레이 플랫폼으로서 실용적인 가능성을 지님을 실증한 성과”라고 밝혔다.

노준석 교수는 이번 메타렌즈 기술 발표와 더불어 지난주 발표한 메타렌즈 대량 생산 공정 기술을 함께 제시하며 실제 상용화 가능성을 높였다. 

기초 연구 성과가 산업 현장에 적용되기까지 시간차가 발생하는 경우가 많지만, 노 교수는 원천 기술 개발과 양산 가능성 검증을 동시에 완료하여 그 간극을 혁신적으로 단축했다. 이러한 성과를 인정받아 노 교수는 2주 연속으로 네이처지에 이름을 올리는 기염을 토했다.

두 논문은 오는 30일 발행되는 네이처 발간호에 동시에 실릴 예정이며, 이는 국내 연구자가 세계 최고 권위 학술지의 발간호에 교신저자로서 서로 다른 두 연구를 동시 게재한 최초 사례이다. 노 교수는 “스마트폰부터 산업용 광고판까지 폭넓은 응용 가능성을 지닌 디스플레이 원천 기술 확보에 기여할 것”이라고 덧붙였다. 

이번 연구는 과기정통부 지원 사업, 삼성미래기술육성사업, 포스코홀딩스 N.EX.T Impact 사업, 삼성리서치 산학협력과제 등으로 수행되었다.