안경이 가벼워진 이유! 렌즈와 플라스틱 기술 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (222)

출처= specscart.co.uk

 
오래전 눈이 나쁜 이들이 쓰는 안경은 두껍고 무거운 렌즈가 대부분이었습니다. 지금은 렌즈가 얇고 가벼워져 패션 아이템으로도 손색이 없을 만큼 다양한 디자인의 안경을 찾아볼 수 있습니다.

일상에서 편리하게 안경을 사용할 수 있게 된 데에는 우리가 몰랐던 화학기술이 숨겨져 있었는데요. 오늘은 안경뿐만 아니라 카메라, 스마트폰 등에서 다양하게 쓰이고 있는 렌즈의 발전과 함께 그 뒤를 든든하게 뒷받침하고 있는 화학기술을 소개하겠습니다.

◆안경 발전의 토대는 인쇄술이다? 

 
안경은 누가 처음 만들었을까요? 역사적으로 의견이 분분하지만 13세기 중반 이탈리아 베니스인이 발명했을 것이라는 추측이 가장 유력합니다. 1300년에 제작된 ‘베니스 성당 참사회 법령집’에 바로 유리와 수정을 기반으로 한 안경 제조법이 적혀있었기 때문이죠.

안경이 널리 퍼지기 시작한 것은 15세기부터입니다.

인쇄술이 발전하면서 많은 서적이 보급되었고, 작은 글씨를 보기 위해 안경의 수요가 증가하면서 제조업 또한 발전하게 됐습니다. 

◆유리에서 플라스틱으로! 

출처= specscart.co.uk

 
초기의 렌즈는 주로 유리를 이용했습니다. 유리는 광학적 특성이 우수하지만, 두껍고 무거우며 충격을 받으면 쉽게 깨지는 단점을 지니고 있습니다. 

플라스틱 재질의 렌즈가 주로 활용되기 시작한 것은 1980년대부터입니다. 가볍고 충격에 강하며, 성형 또한 쉬워 다양한 디자인을 선보일 수 있다는 압도적인 장점 덕분이었죠.  현재는 플라스틱 렌즈가 안경 시장의 대부분을 차지하고 있습니다. 

◆렌즈에는 어떤 플라스틱 소재가 사용될까?  

출처= specscart.co.uk

 
플라스틱 렌즈에 사용되는 소재는 어떤 것이 있을까요? 

PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)와 PC(폴리카보네이트)가 쓰이기도 하지만, 지금은 폴리우레탄이 주요 소재로 이용되고 있습니다. 

-PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 

투명성과 가공성이 뛰어나지만 내열성이 약하다는 단점이 있습니다. 

외부 온도에 따라 초점거리가 달라지는 탓에 시력 교정용 안경 렌즈로는 잘 활용되지 않고 있습니다. 

-PC(폴리카보네이트) 

기계적 강도와 내열성이 PMMA에 비해 우수하지만 가공성이 떨어져 렌즈를 여러번 압축하기에는 적합하지 않습니다. 

-PU(폴리우레탄) 

높은 투명도와 광택, 우수한 광학 특성과 내충격성으로 광학 렌즈용 소재로 광범위하게 사용되고 있습니다. 

◆렌즈의 단일화? 메타 렌즈

출처= Harvard SEAS

 
2018년 미국 하버드대 연구진은 스마트폰 카메라와 가상현실(VR) 헤드셋 등 모든 광학 기기를 위한 메타 렌즈를 발표했습니다. 기존에는 고화질의 사진과 영상을 촬영하기 위해서는 빛의 굴절현상 탓에 두껍고 무거운 렌즈를 써야 했는데요. 메타 렌즈는 굴곡이 없는 초박막 평면으로 빛을 작은 크기의 한 지점에 정확하게 모아줍니다. 

이는 렌즈에 굴곡을 만드는 대신 나노 크기의 이산화티타늄으로 만든 핀을 평면의 유리 표면 위에 배열한 것입니다. 이렇게 만들어진 메타 표면은 빛의 방향을 틀어 특정 지점을 향하도록 만들어줍니다. 또한 400㎚(1㎚=10억분의 1m) 크기의 작은 물체까지 선명하게 볼 수 있습니다. 메타 렌즈는 모든 카메라 및 광학기기에 통합적으로 이용할 수 있는 최초의 단일 렌즈로 평가받고 있습니다. 

◆더 얇고 선명한 렌즈의 등장, 고순도 XDI 

 
고순도 XDI(자일릴렌 디이소시아네이트·xylylene diisocyanate)는 반황변성, 높은 굴절률 등 우수한 광학 특성을 지닌 고부가 소재입니다. XDI는 폴리우레탄의 주원료인 이소시아네이트 화합물의 한 종류로, 순도 99.5% 이상인 XDI는 범용 이소시아네이트 대비 약 10배 이상 비싸고 투명성과 굴절성이 우수해 기존 렌즈보다 더 얇고 선명한 프리미엄 제품을 만들 수 있습니다. 

XDI는 광학 렌즈뿐만 아니라 고기능 점·접착제 원료로, 금속과 같이 부착하기 어려운 소재나 친환경 식품 포장재 등의 접착제, 전자제품 포장 필름 등에 활용되기도 합니다.

지금까지 수입에 의존해왔던 XDI는 2017년 한화솔루션이 세계에서 두번째로 기술 개발에 성공하며 국산화를 이뤄내기도 했습니다. 

렌즈 발전은 안경뿐만 아니라 스마트폰 등 첨단 전자제품 분야에도 영향을 미치고 있는데요. 앞으로 또 어떤 새로운 기술로 우리의 생활을 편리하게 할지 기대가 됩니다. 

한화솔루션 블로거