기존 렌즈보다 1만 배 얇은 초박막렌즈 개발…초소형 스마트폰 현실화

▲기존 렌즈와 메타렌즈의 두께 비교 이미지. (사진제공=과학기술정보통신부)

국내연구진이 기존 굴절렌즈보다 1만 배 얇은 초박막렌즈 개발에 성공했다. 이를 통해 스마트폰에 들어가는 카메라의 크기를 크게 줄일 수 있을 전망이다.

과학기술정보통신부는 포항공과대학교 기계공학과·화학공학과 노준석 교수 연구팀이 고려대학교 신소재공학부 이헌 교수 연구팀, 삼성전자 종합기술원 이미징 디바이스랩 한승훈 마스터 팀과 함께 적외선 초박막렌즈 및 이의 대량생산 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 이 렌즈는 기존 굴절렌즈의 성능은 유지하되 두께가 1만 배(머리카락보다 100배 얇은 수준) 얇은 것이 특징이다.

이는 크고 무거운 기존 광학소자의 한계를 극복하는 연구성과다. 메타물질의 상용화에 크게 이바지할 수 있다는 가능성을 인정받아 세계적인 학술지 ACS Nano에 1월 1일 온라인 발표됐다.

빛을 모으는 렌즈는 스마트폰, DSLR 카메라 등 최신 전자기기 및 광학기기에 없어서는 안 될 핵심 부품이다. 하지만 기존의 굴절렌즈는 크고 무거우며, 부피를 줄일수록 성능이 저하되는 한계가 있었다. 스마트폰에 들어가는 카메라는 이미지 왜곡을 줄이기 위해 8~9개의 굴절렌즈로 이뤄진 복합 렌즈를 사용하는데, 복합 렌즈의 두께를 줄이기가 어렵기 때문에 스마트폰 뒤쪽에 카메라가 튀어나오는 소위 ‘카툭튀’ 문제가 발생한다. 또 DSLR 카메라에 사용되는 굴절렌즈의 경우 최소 500g에서 고성능 제품으로 갈수록 4kg을 넘어서기 때문에 얇고 가벼운 렌즈에 대한 수요가 매우 높다.

연구진은 메타물질 구현에 적합한 광특성을 가짐과 동시에 자유자재로 성형이 가능한 나노복합재 기반의 새로운 나노성형소재와 이를 한 번의 공정으로 성형할 수 있는 원스텝 프린팅 기술을 개발하는 데 성공했다. 나노성형소재는 감광응성 레진에 나노입자를 섞어 제작했다. 특히 기존 공정 기술과는 호환이 어려운 곡면기판 및 유연기판상에도 메타물질을 구현할 수 있기 때문에 착용형 기기에도 적용하는 것이 가능해져 앞으로의 발전가능성이 더욱 기대된다.

노준석 교수는 “본 연구에서 구현된 초박막 메타렌즈는 동일한 광학적 특성을 가진 기존의 적외선 굴절렌즈보다 1만 배 얇기 때문에 크고 무거운 굴절렌즈로 인한 여러 가지 문제들을 해결할 수 있을 것”이라며 “앞으로 적외선 내시경, CCTV, 야간투시경 등 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.