삼성전자·포스텍 ‘무색수차 메타렌즈’ 개발

기존 대비 크기·두께 획기적 줄여
XR기기 등 광학시스템 활용 기대

포스텍(POSTECH)에서 연구원들이 디스플레이·카메라 등 광학 시스템 분야에서 차세대 소자로 주목받고 있는 '무색수차 메타렌즈'를 살펴보고 있다. 삼성전자 제공

삼성전자와 포항공대(POSTECH)가 산학 협력을 통해 진행한 '무색수차 메타렌즈' 연구 논문이 세계적인 학술지 '네이처 머티리얼스'에 게재됐다. 향후 메타렌즈 연구를 발전시켜 스마트폰이나 디스플레이, 확장현실(XR) 기기 등에도 적용할 수 있어 기대감이 높아지고 있다.

25일 업계에 따르면 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 주목 받았다.

다만 큰 색수차(빛의 파장별로 굴절률이 달라 이미지의 색상이 번지는 현상)로 이미지가 심각하게 왜곡되는 기술적 한계가 있어 실제 제품 개발로 이어지는 데 어려움이 있었다.

삼성전자와 포스텍 연구팀은 최근 색수차가 없는 '무색수차 메타렌즈' 개발에 성공했다. 또 홀로그래픽 디스플레이와 결합할 경우 색수차와 왜곡 등 다양한 광학 수차의 보완이 가능하다는 것도 증명했다. 이번 프로젝트는 삼성전자 삼성리서치 문석일 박사와 포스텍 노준석 교수가 주도했다. 포스텍 최민석, 김주훈, 신길수 연구원이 공동 1저자로 참여했다.

삼성전자와 포스텍 연구팀은 기존 메타렌즈의 설계 방식을 바꿔 색수차 저감 한계를 해결했다. 연구팀은 모든 메타 구조체 간의 상호 관계를 설계 단계에서부터 고려한 알고리즘을 개발해 색수차를 없애는 데 성공했다고 설명했다.

연구팀이 개발한 '무색수차 메타렌즈'는 얇은 두께를 유지하면서도 렌즈 크기를 기존보다 3∼5배 키울 수 있게 돼 넓은 시야각을 제공할 수 있게 됐다. 또 메타렌즈의 초점력을 가지면서도 이미지 품질이 더욱 향상되는 결과를 가져왔다.

연구팀은 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합하면 일반 광학 렌즈와 디스플레이를 결합했을 때보다 작고 가벼우면서도 피로도가 적은 가상 영상 제공이 가능하다는 것도 기술 검증을 통해 입증했다.

임수빈 기자