제작된 메타렌즈 실물(왼쪽)과 메타표면의 나노 구조가 렌즈의 기능으로 작동할 수 있도록 배열되어 있는 모습 (오른쪽). 삼성전자 뉴스룸. 과학기술정보통신부 제공
[파이낸셜뉴스] 스마트폰에 붙이기만 하면 안경 없이도 2D와 3D를 자유자재로 전환할 수 있는 차세대 디스플레이 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 특히 대량생산 가능성을 열어 상용화도 기대된다.
과학기술정보통신부는 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀과 삼성전자 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀이 차세대 광학소자인 '메타렌즈'를 활용해, 하나의 렌즈로 2D와 3D를 자유자재로 전환하는 기술을 공동 개발했다고 23일 밝혔다.
메타렌즈는 나노미터 크기의 인공 나노 구조체를 기판 위에 배열해 빛의 위상·진폭·편광을 정밀하게 제어함으로써 렌즈의 기능을 구현하는 초박형 평면 광학 소자다. 과기정통부 지원 사업과 미래개척융합과학기술개발사업 및 삼성미래기술육성사업, 포스코홀딩스 N.EX.T Impact 사업, 삼성리서치 산학협력과제 등으로 수행한 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지인 '네이처(Nature)'지에 4월 23일 자정(현지시간 4월22일 16시) 게재됐다.
최근, 가상·증강현실(VR·AR) 및 의료영상 등 3D 콘텐츠의 수요가 급증하면서 하나의 기기에서 2D-3D 전환 디스플레이 기술은 상업적으로 큰 주목을 받아왔다. 그러나 화면을 볼 수 있는 시야각이 15도 내외로 매우 좁아 정면의 단 한 명만 감상할 수 있고, 기기 자체가 3D 전용으로 설계된 탓에 일반적인 2D화면을 볼 때 화질이 현저히 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 1.2mm의 초박형 구조로 설계된 '메타렌즈'로 해결했다. 기존 기술보다 시야각이 6배 이상 넓은 100도의 '초광시야각'으로 입체 영상을 구현한다. 이를 통해 여러 사람이 다양한 위치에서 동시에 몰입감 넘치는 3D 영상을 즐길 수 있다.
특히, 이 '메타렌즈'를 스마트폰이나 태블릿PC 화면에 스티커처럼 붙이는 것만으로도 성능이 구현돼 기존 기기와의 호환성이 매우 뛰어나다. 향후 모바일 기기는 물론 정밀 의료 영상 시스템이나 대형 옥외 광고판까지 관련 산업에 폭넓게 적용될 전망이다.
연구를 주도한 노준석 교수는 이번에 발표한 메타렌즈 기술과 더불어, 지난주 성균관대 조규진·김인기 교수와 공동 교신저자로 참여해 네이처지에 발표한 '메타렌즈 대량 생산 공정 기술'을 함께 제시함으로써 실제 상용화 가능성의 문을 활짝 열었다. 이러한 성과를 인정받아 노준석 교수는 2주 연속으로 네이처지에 이름을 올리는 기염을 토했다. 두 논문은 4월 30일 발행되는 네이처 발간호에 동시에 실릴 예정으로, 국내 연구자가 세계 최고 권위 학술지의 발간호에 교신저자로서 서로 다른 두 연구를 동시 게재한 최초 사례다.
노준석 교수는 "이번 메타렌즈는 기존 2D-3D 전환기술의 시야각을 100도 가량으로 크게 넓혔고, 이를 충분히 얇고 가격도 저렴하게 해 실제 적용이 가능하다는 의미가 있다"며 "대량생산의 효율성과 화질 및 해상도 문제 등을 추가로 개선하면서 실제 상용화로 이어질 수 있을 것으로 보인다. 상용화 시 디스플레이 중간에 필름이나 렌즈로 삽입되는 형식으로 적용될 수 있을 것"이라고 설명했다.
조종영 과기정통부 기초연구진흥과장은 "메타렌즈를 스마트폰이나 태블릿 화면에 스티커처럼 붙이는 것만으로도 성능이 구현되며, 기존 기기와의 호환성이 매우 뛰어나 향후 모바일 기기는 물론 정밀 의료영상 시스템이나 대형 옥외 광고판까지 관련 산업에 폭넓게 적용될 것으로 기대된다"고 말했다.