성균관대학교 선도연구센터 조규진·김인기 교수 연구팀과 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀이 개발한 ‘롤투롤(Roll-to-Roll) 나노 인쇄’ 공정 기술로 제작된 대면적 메타렌즈의 모습. 사진=과기정통부 제공

[해양수산일보 김선중 기자] 기존 렌즈보다 수백 배 얇으면서도 고성능을 구현하는 ‘메타렌즈’를 초고속으로 대량 생산할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 스마트폰 카메라 돌출 현상, 이른바 ‘카툭튀’ 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 전환점이 될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 성균관대학교와 포항공과대학교 공동 연구팀이 가시광 영역에서 동작하는 메타렌즈를 초당 300개 이상 생산할 수 있는 ‘롤투롤(Roll-to-Roll) 나노 인쇄’ 공정을 개발했다고 16일 밝혔다.

이번 연구는 세계적 학술지 Nature에 게재되며 기술적 성과를 인정받았다.

메타렌즈는 나노미터 수준에서 빛의 위상과 진폭, 편광을 자유롭게 조절할 수 있는 차세대 광학 소자로, 기존 곡면 렌즈와 달리 평면 구조를 갖고 있어 두께를 획기적으로 줄일 수 있는 것이 특징이다. 그러나 그동안 복잡한 반도체 공정에 의존해야 해 대량 생산이 어려운 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 유연한 고분자 복제 금형을 활용한 롤투롤 인쇄 방식을 도입했다. 원통형 롤러를 회전시키며 나노 구조를 연속적으로 찍어내는 방식으로, 기존처럼 하나씩 제작하던 공정을 획기적으로 개선했다.

롤투롤 나노임프린팅 기반 메타렌즈 대량 생산 공정. 사진=과기정통부 제공

이 공정을 통해 약 100배 이상 빠른 속도로 메타렌즈를 생산할 수 있으며, 200m 연속 공정에서도 성능 편차가 거의 없는 수준의 안정성을 확보했다. 또한 고굴절 소재 코팅을 적용해 가시광 영역에서 90% 이상의 높은 광 효율도 구현했다.

실험 결과에서도 고성능 렌즈 기준을 충족하는 정밀한 초점 형성과 높은 광 집중도를 달성하며 상용화 가능성을 입증했다.

이번 기술은 단순한 연구 성과를 넘어 차세대 광학 산업의 판도를 바꿀 핵심 기술로 평가된다. 스마트폰의 카메라 돌출 문제를 해결하는 것은 물론, 증강현실(AR) 글라스, 의료 영상 장비, 우주 광학 시스템 등 다양한 첨단 분야로 확장될 가능성이 크다.

연구진은 “고비용 문제로 상용화가 어렵다고 여겨졌던 메타렌즈를 산업 현장에서 활용 가능한 수준으로 끌어올린 것이 핵심 성과”라며 “향후 광학 기술 전반의 혁신을 이끄는 기반이 될 것”이라고 밝혔다.

정부 역시 이번 성과를 계기로 첨단 광학 기술 분야에 대한 지원을 확대할 방침이다.