삼성전자와 포스텍이 공동으로 2차원과 3차원 화면을 하나의 디스플레이에서 전환할 수 있는 기술을 개발하고, 관련 연구 성과를 국제 학술지 ‘네이처’에 발표했다. 이번 연구는 기존 3D 디스플레이의 구조적 한계를 개선하는 데 초점을 맞췄다.

삼성전자는 27일 포스텍과의 산학협력을 통해 ‘메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이’를 개발하고, 해당 논문이 네이처에 게재됐다고 밝혔다. 연구에는 삼성리서치 비주얼 테크놀로지팀과 포스텍 연구진이 참여했다.

해당 기술은 나노 단위 구조로 구성된 초박형 메타표면 렌즈를 활용해 디스플레이를 2D와 3D 모드로 전환하는 방식이다. 기존 라이트 필드 기반 3D 디스플레이는 입체감을 제공할 수 있었지만, 좁은 시야각과 낮은 해상도, 두꺼운 렌즈 구조 등으로 활용 범위가 제한적이었다.

연구팀은 빛의 진동 방향인 편광을 제어하는 방식으로 문제를 해결했다. 편광 상태에 따라 메타렌즈의 광학 특성이 달라지도록 설계해, 전압만으로 렌즈 역할을 전환할 수 있도록 했다. 2D 모드에서는 렌즈 효과를 상쇄해 평면 영상을 선명하게 구현하고, 3D 모드에서는 입체감을 강화하는 방식이다.

이 기술은 단일 디스플레이에서 고해상도 2D 화면과 다중 시점을 제공하는 3D 화면을 선택적으로 구현할 수 있다는 점에서 차별성을 가진다. 별도의 시선 추적 장치 없이도 입체 영상을 구현할 수 있다는 점도 기존 방식과의 차이로 꼽힌다.

광학 성능 측면에서도 개선이 이뤄졌다. 연구팀이 개발한 메타렌즈는 약 1.2mm 두께로 제작되면서도 최대 100도의 시야각을 확보했다. 이는 기존 3D 디스플레이의 시야각과 비교해 크게 확장된 수치로, 여러 사용자가 동시에 입체 영상을 시청할 수 있는 환경을 제공한다.

또한 연구팀은 해당 기술을 실제 모바일 OLED 디스플레이 패널과 결합해 검증했다. 약 50mm 크기의 메타렌즈를 제작해 적용 가능성을 확인함으로써, 개념 검증을 넘어 상용화 단계에 근접한 기술 수준을 제시했다.

이번 연구는 디스플레이 구조의 물리적 한계를 줄이면서도 기능을 확장한 사례로 평가된다. 향후 스마트폰과 태블릿, 상업용 디스플레이 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 제기되고 있다.