기존 카메라 렌즈보다 수백 배 얇으면서도 빛을 정밀하게 제어할 수 있는 차세대 광학소자 ‘메타렌즈’를 초고속으로 대량 생산하는 기술이 국내 연구진에 의해 처음으로 구현됐다. 그동안 실험실 수준에 머물던 메타렌즈 연구가 산업 현장으로 확장될 수 있는 전환점이라는 평가가 나온다.
과학기술정보통신부는 성균관대학교와 포항공과대학교 공동 연구진이 가시광 영역에서 작동하는 메타렌즈를 초당 300개 이상 생산할 수 있는 롤투롤 기반 나노임프린트 공정을 개발했다고 밝혔다. 해당 성과는 국제 학술지 네이처에 게재되며 기술적 완성도를 인정받았다.
메타렌즈는 나노미터 단위 구조를 통해 빛의 위상과 진폭, 편광을 조절할 수 있는 평면형 렌즈다. 기존 곡면 렌즈와 달리 매우 얇은 구조를 유지하면서도 다양한 광학 기능을 수행할 수 있어 차세대 핵심 기술로 주목받아 왔다. 그러나 제작 과정에서 고가의 반도체 공정이 필요해 비용 부담이 크고 생산 속도가 느려 상용화에 어려움이 있었다.
연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 유연한 기판 위에 나노 구조를 연속적으로 형성하는 롤투롤 방식에 주목했다. 기존에는 금속 금형을 이용해 하나씩 제작하던 방식을 벗어나 고분자 복제 금형을 원통형 롤러 형태로 제작해 연속 인쇄 공정을 구현했다.
특히 연구팀은 고분자 금형의 내구성과 해상도를 동시에 확보하기 위해 별도의 표면 처리 기술을 적용했다. 이를 통해 200미터 길이의 연속 생산 과정에서도 초기 제품과 마지막 제품 간 성능 차이가 거의 없는 수준의 안정성을 확보했다.
이 공정을 적용하면 기존 대비 약 100배 빠른 생산 속도를 달성할 수 있다. 실제로 초당 300개의 메타렌즈를 안정적으로 생산하는 데 성공했으며, 이는 산업적 활용 가능성을 크게 높이는 결과다.
또한 제작된 나노 구조 위에 원자층 증착 방식으로 이산화티타늄을 코팅해 가시광 영역에서 90% 이상의 광 효율을 확보했다. 실험 결과 다양한 파장 영역에서 회절 한계 수준의 초점 형성이 가능했고 광학 성능을 평가하는 슈트렐 비율 역시 0.8 이상을 기록해 고성능 렌즈 기준을 충족했다.
이번 기술은 단순한 생산성 향상을 넘어 광학 산업의 패러다임 전환을 의미한다. 렌즈를 반도체처럼 대량 생산할 수 있는 기반이 마련되면서 스마트폰 카메라의 두께 문제를 해결할 수 있는 가능성이 제시됐다.
아울러 증강현실 기기, 의료 영상 장비, 우주 관측 시스템 등 다양한 첨단 분야에서 활용 범위가 확대될 것으로 기대된다. 특히 경량화와 고성능을 동시에 요구하는 차세대 디바이스 개발에 핵심 기술로 자리잡을 전망이다.
연구진은 이번 성과가 설계부터 제조까지 통합된 기술 경쟁력을 입증한 사례라고 강조했다. 정부 역시 기초 연구와 민간 지원이 결합된 결과로 평가하며 향후 지속적인 연구 환경 조성을 이어가겠다는 입장을 밝혔다.
이번 연구는 메타렌즈의 가장 큰 장애물이었던 생산성과 비용 문제를 동시에 해결한 사례다. 초고속 대량 생산이 가능해지면서 실제 산업 적용이 현실화됐고, 다양한 첨단 산업에서 기술 혁신을 촉진할 것으로 기대된다.
메타렌즈는 더 이상 실험실 기술에 머무르지 않는다. 이번 성과는 광학 기술이 대량생산 단계로 진입했음을 보여주는 신호탄이며 향후 글로벌 시장에서의 기술 경쟁 구도를 재편할 핵심 변수로 작용할 가능성이 크다.
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