삼성전자·포스텍, '무색수차 메타렌즈' 개발…차세대 디스플레이 활용

연구논문 '네이처 머티리얼스' 게재

렌즈 크기·무게 획기적으로 줄여

이미지 왜곡 없는 디스플레이 개발 활용

포스텍(POSTECH)에서 연구원들이 무색수차 메타렌즈를 개발하고 있다. 사진제공=삼성전자

삼성전자는 포항공대(POSTECH)와 함께 산학 협력을 통해 진행한 '무색수차 메타렌즈' 연구 논문이 세계적인 학술지 '네이처 머티리얼스'에 게재됐다고 25일 밝혔다.

메타렌즈는 빛의 회절을 제어할 수 있는 나노 크기의 구조체로 구성된 평면 렌즈다. 기존 볼록 광학 렌즈 대비 크기와 두께를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있어 디스플레이·카메라 등 광학 시스템 분야에서 차세대 소자로 떠올랐다. 다만 큰 색수차(빛의 파장별로 굴절률이 달라 이미지의 색상이 번지는 현상)로 이미지가 심각하게 왜곡되는 기술적 한계가 있어 실제 제품 개발로 이어지는 데 어려움을 겪어왔다.

삼성전자와 포스텍 연구팀이 개발한 무색수차 메타렌즈는 색수차가 없다. 로그래픽 디스플레이와 결합할 경우 색수차와 왜곡 등 다양한 광학 수차의 보완이 가능하다는 것도 증명했다.



삼성전자와 포스텍 연구팀은 기존 메타렌즈의 설계 방식을 바꿔 색수차 저감 한계를 해결했다. 모든 메타 구조체 간의 상호 관계를 설계 단계에서부터 고려한 알고리즘을 개발하는 방식이다. 그 결과 얇은 두께를 유지하면서도 렌즈 크기를 기존보다 3∼5배 키울 수 있게 돼 넓은 시야각을 제공할 수 있다. 또한 메타렌즈의 초점력을 가지면서도 이미지 품질이 향상됐다. 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합하면 일반 광학 렌즈와 디스플레이를 결합했을 때보다 작고 가벼우면서도 피로도가 적은 가상 영상 제공이 가능하다는 것도 기술 검증을 통해 입증했다.

향후 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합한 장치는 확장현실(XR) 기기뿐만 아니라 일반 디스플레이, 카메라, 센서 등 다양한 광학 시스템의 성능 향상과 부피 저감에 활용될 전망이다.

삼성전자 관계자는 "이번 산학협력을 통해 혁신적인 아이디어 착안에서부터 실제 구현까지 검증하며 다양한 미래 광학 시스템 분야 개발과 차세대 디스플레이 기술 확보의 가능성을 확인했다"며 "앞으로도 미래를 선도할 혁신기술 연구를 지속할 계획"이라고 말했다.