성균관대-포스텍 연구팀, 인쇄 방식 착안해
롤러 회전시켜 메타렌즈 찍어내는 기술 개발
생산비 낮춰 양산 유도, 첨단 산업 혁신 전망
제작된 대면적 메타렌즈 모습. a는 200m 길이 연속 공정을 통해 제작된 메타렌즈 어레이 필름. b는 12인치 웨이퍼 크기의 메타렌즈 어레이, c는 메타렌즈 나노구조 이미지. 성균관대 제공
국내 연구진이 차세대 기술로 주목받는 '메타렌즈'를 대량 생산하는 기술을 개발했다. 그간 실험실 단계에 머물던 메타렌즈가 산업 현장에서 양산이 가능해지면 증강현실(AR) 기기를 비롯한 첨단 테크산업이 새로운 성장 국면을 맞을 것으로 예상된다.
과학기술정보통신부는 조규진, 김인기 성균관대 생명물리학과 교수와 노준석 포스텍 기계공학과 교수 공동 연구팀이 가시광 영역에서 작동하는 메타렌즈를 초당 300개 이상 생산할 수 있는 공정(롤투롤 나노임프린트)을 개발했다고 16일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'에 실렸다.
메타렌즈는 표면에 머리카락보다 작은 나노미터(10억 분의 1m) 크기의 구조를 배열해 빛의 경로를 바꾼다. 기존 유리 렌즈처럼 두께로 빛을 굴절시키는 게 아니라 평평한 표면에서 빛의 위상과 방향을 정밀 조절한다. 이 때문에 기존 렌즈보다 수백 배 얇으면서도 초점 형성이나 색 보정 등 다양한 광학 기능을 수행할 수 있다. 그러나 반도체처럼 공정이 복잡해 만드는 데 비용이 많이 들고 소량 생산만 가능했다.
연구팀은 종이를 인쇄하는 방식에 착안해 이 문제를 해결할 아이디어를 냈다. 말랑한 고분자 재질의 원통형 롤러로 만들어 필름 위에 렌즈를 찍어내는 기술을 개발한 것이다. 신문을 인쇄하듯 렌즈 생산이 가능해 기존보다 약 100배 빠른 속도로, 초당 300개를 만들 수 있다. 또 표면 처리 기술을 적용하면 200m 길이 연속 공정에도 품질이 유지된다고 연구팀은 설명했다. 빛을 잘 모아주고 선명하게 만드는 코팅 기술도 적용해 고성능 렌즈로 평가되는 기준(슈트렐 비율 0.8 이상)을 달성했다.
연구팀은 이번 기술이 첨단 산업 전반에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대했다. 스마트폰 카메라가 얇아지는 것은 물론 AR 기기와 초정밀 의료 영상 장비도 더 작고 가볍고 정밀한 형태로 구현할 수
있기 때문이다. 조 교수는 "그동안 고비용 때문에 상용화가 어려울 것으로 여겨졌던 메타렌즈를 양산할 수 있음을 최초로 입증했다"면서 "차세대 광학 산업 상용화를 앞당기는 핵심 토대가 될 것"이라고 말했다.
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