'투명망토' 메타물질 연구, 산업화 단계로...메타렌즈 대량생산 기술 개발

노준석 포스텍 교수팀

노준석 포스텍 기계공학과·화학공학과 교수가 연구팀이 생산한 메타렌즈. 포스텍 제공

국내 연구팀이 메타렌즈를 대량 생산하는 기술을 개발했다. 메타렌즈는 아주 얇으면서 빛을 원하는 방향으로 원하는 만큼 자유자재로 휘거나 모이게 하는 초박형 평면렌즈다. 수cm 두께의 무거운 렌즈 없이도 빛을 자유롭게 조절해 원하는 영상을 재생시킬 수 있어 미래 기술로 주목받고 있다.

포스텍은 노준석 기계공학과·화학공학과 교수와 이헌 고려대 신소재공학과 교수 연구팀이 세계 최초로 가시광선 대역의 메타렌즈를 대량 생산하는 데 성공했다고 26일 밝혔다. 노 교수는 “상용화되지 못하고 연구 단계에만 머물던 메타물질 연구를 산업화 단계까지 끌어올린 것”이라고 말했다.

메타물질은 자연계에 없는 인공적으로 만든 물질이다. 재료를 가로 방향으로 늘리면 세로 방향이 줄어드는 기존 물질과 달리 가로 방향으로 늘려도 세로 방향도 늘어나는 물질이 대표적이다. 메타물질은 기존 소재의 한계를 넘어 새로운 물질 개발로 이어진다.

메타렌즈도 이런 물질 중 하나다. nm급(나노미터·1nm는 10억분의 1m)의 두께를 지녀 무게감이 거의 없다. 빛의 파장보다 작은 오돌토돌한 미세한 구조로 가득 차 있어 빛을 자유롭게 조절할 수 있다. 그러나 메타렌즈 생산에는 정밀한 기술이 필요하고, 비용 부담이 컸다.

연구팀은 이런 공정 한계를 극복했다. 빛을 이용해 사진을 찍듯이 기판에 패턴을 새기는 기술과 나노소자 패턴이 각인된 스탬프를 사용해 기판 위에 패턴을 찍어내는 기술을 활용했다. 연구팀은 “이 두 기술을 활용하면 간단한 공정으로도 고성능의 메타렌즈를 대량으로 생산할 수 있다”고 설명했다. 

연구팀은 두 기술로 메타렌즈를 생산했다. 생산한 메타렌즈를 가상현실(VR) 기기에 적용해 올바르게 작동하는 것도 확인했다. 

노 교수는 “세계에서 가장 앞선 기술”이라며 “메타렌즈를 대량 생산하는데 세계 최초로 성공했다”고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 머터리얼즈’에 지난 23일 공개됐다. 
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]