삼성전자, '2D·3D 전환'으로 디스플레이 재정의…메타광학 시대 연다

[경제일보] 삼성전자가 2D와 3D를 자유롭게 전환할 수 있는 차세대 디스플레이 기술을 공개하며 미래 디스플레이 경쟁에서 메타광학 영역 선점에 나섰다. 단순 화질 개선을 넘어 디스플레이의 작동 원리 자체를 바꾸려는 시도로 해석된다.

24일 업계에 따르면 삼성전자가 포스텍(POSTECH)과 산학협력으로 진행한 '메타표면 렌티큘러 렌즈 기반 2D·3D 전환 디스플레이' 연구 논문1이 세계적인 최고 권위 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.

디스플레이 산업은 그동안 해상도, 밝기, 명암비 등 스펙 경쟁을 중심으로 발전해왔다. 그러나 최근에는 사용자 경험 중심으로 경쟁 축이 이동하고 있다.

특히 3D 디스플레이는 오랜 기간 차세대 기술로 주목받았지만 상용화에는 한계가 있었다. 안경 착용이 필요하거나 시야각이 좁고 해상도가 떨어지는 문제가 반복되면서 대중화에 실패한 사례가 대표적이다. 이 같은 한계로 인해 업계에서는 '2D와 3D를 상황에 따라 자연스럽게 전환할 수 있는 디스플레이'가 차세대 대안으로 꾸준히 연구돼 왔다.

이번 연구의 핵심은 렌즈 구조가 아니라 빛의 성질 즉 편광을 제어하는 데 있다. 삼성전자와 포스텍 연구팀은 나노 구조 기반의 메타표면 렌티큘러 렌즈를 활용해 전압만으로 2D와 3D 모드를 전환할 수 있는 기술을 구현했다. 기존 3D 디스플레이는 물리적으로 다른 렌즈 구조를 사용하거나 시선 추적 기술에 의존해야 했지만 이번 기술은 동일한 장치 내에서 광학 특성을 바꾸는 방식이다.

기존 라이트 필드 디스플레이의 가장 큰 한계는 두께와 시야각이었다. 두꺼운 렌즈 구조로 인해 기기 적용이 어려웠고 시야각이 좁아 실제 사용 환경에서 활용도가 제한됐다. 이번 연구에서는 1.2mm 수준의 초박막 구조를 유지하면서 시야각을 100도까지 확장했다. 이는 기존 15도 대비 6배 이상 개선된 수준이다. 특히 다수가 동시에 3D 영상을 볼 수 있다는 점에서 기존 기술과 차별화된다. 이는 TV, 모바일, 상업용 디스플레이 등 다양한 분야로 확장 가능성을 높이는 요소다.

이번 기술은 단순 이론 검증을 넘어 실제 디스플레이 패널과의 결합까지 확인됐다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 OLED 패널에 메타렌즈를 적용해 2D·3D 전환 기능을 구현했으며 대면적(25cm²)에서도 안정적인 성능을 검증했다. 이는 차세대 디스플레이 기술이 연구 단계에서 제품 적용 단계로 넘어가는 초기 신호로 볼 수 있다.

이 기술은 스마트폰, 태블릿 등 모바일 기기뿐 아니라 XR(확장현실), 의료 영상, 광고 디스플레이 등 다양한 분야에서 활용될 가능성이 있다. 특히 안경 없이 3D 구현이 가능하다는 점은 XR 시장 확대와 맞물려 새로운 디스플레이 수요를 창출할 수 있는 요소로 평가된다. 또한 하나의 디스플레이에서 2D와 3D를 모두 구현할 수 있어 기기 설계 측면에서도 효율성을 높일 수 있다.

현재 디스플레이 산업은 OLED 중심으로 재편됐지만 그 이후를 둘러싼 기술 경쟁도 본격화되고 있다. 마이크로 LED, 홀로그램, XR 디스플레이 등이 차세대 후보로 거론되는 가운데 메타광학 기반 기술 역시 새로운 경쟁 축으로 부상하고 있다. 삼성전자의 이번 연구는 단순 제품 경쟁이 아닌 원천 기술 확보 차원에서 의미가 있다는 평가다.

앞으로 디스플레이는 단순 화면 출력 장치를 넘어 사용자 경험을 구현하는 인터페이스로 진화할 가능성이 크다. 이 과정에서 2D와 3D를 자유롭게 넘나드는 기술은 핵심 경쟁 요소로 자리잡을 것으로 보인다. 삼성전자의 이번 연구는 이러한 흐름 속에서 차세대 디스플레이 방향성을 제시한 사례로 평가된다. 특히 메타광학 기술을 기반으로 한 디스플레이가 상용화될 경우 산업 구조 자체가 재편될 가능성도 제기된다.