[김정수 기자] 삼성전자와 포스텍(POSTECH)이 공동으로 진행한 '무색수차 메타렌즈' 연구가 세계적인 학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'에 게재되며 학계의 주목을 받고 있다. 이 연구는 메타렌즈 기술을 활용해 렌즈의 크기와 무게를 획기적으로 줄이면서도 기존의 색수차 문제를 해결, 이미지 왜곡 없는 차세대 디스플레이 개발 가능성을 열었다.

무색수차 메타렌즈는 빛의 회절을 제어할 수 있는 나노 크기의 구조체로 구성된 평면 렌즈로, 기존 볼록 광학 렌즈에 비해 크기와 두께를 크게 줄일 수 있다. 그러나 기존 메타렌즈는 큰 색수차로 인해 이미지 왜곡 문제가 있었고, 이로 인해 실제 제품 개발에는 어려움이 있었다. 색수차는 렌즈를 통과하는 빛의 파장 차이로 인해 이미지의 색상이 번지는 현상을 말한다.

삼성전자와 포스텍 연구팀은 기존 메타렌즈의 설계방식을 혁신적으로 변경, 모든 메타 구조체 간의 상호 관계를 설계 단계에서부터 고려하는 알고리즘을 개발해 색수차 문제를 해결했다. 그 결과, 개발된 무색수차 메타렌즈는 얇은 두께를 유지하면서도 렌즈 크기를 기존보다 3~5배 키울 수 있게 됐으며, 넓은 시야각을 제공할 수 있게 됐다.

이 연구는 홀로그래픽 디스플레이와의 결합을 통해 더욱 주목받고 있다. 연구팀은 단 한 장의 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합해 색수차 외에도 다양한 광학 수차를 해결하고, 이미지 왜곡 없는 넓은 시야각의 영상을 확보하는 데 성공했다. 특히, 이러한 조합은 일반 광학 렌즈와 디스플레이를 결합했을 때보다 작고 가벼우면서도 피로도가 적은 가상 영상을 제공할 수 있음을 입증했다.

이번 연구는 삼성전자 삼성리서치의 문석일 박사와 포스텍의 노준석 교수가 주도했으며, 포스텍의 최민석, 김주훈, 신길수 연구원이 공동 1저자로 참여했다. 연구팀은 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이의 결합이 XR 기기뿐만 아니라 일반 디스플레이, 카메라, 센서 등 다양한 광학 시스템의 성능 향상과 부피 저감에 활용될 것으로 전망하고 있다.

삼성전자는 이번 연구를 통해 차세대 디스플레이 기술 확보의 가능성을 확인했으며, 향후 혁신적인 광학 기술 연구를 지속할 계획이다. 이번 연구 성과는 미래 디스플레이 시장의 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 지닌 기술로 평가받고 있다.