높이 조절 나노구조로 풀컬러 메타렌즈 양산 길 열어

포스텍 연구진이 하나의 초박형 렌즈로 선명한 풀컬러 영상을 구현하고, 같은 구조를 반복 생산할 수 있는 메타렌즈 기술을 개발했다. 광학 성능을 높인 설계와 양산 가능성을 확대한 제조 공정을 연이어 제시한 연구 결과는 11일 공개됐으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 각각 게재됐다.

연구진은 메타렌즈를 이루는 나노 기둥인 메타원자의 폭과 높이를 함께 조절해 파장별 빛을 정밀하게 제어했다. 첫 연구에서는 3차원 나노 공정인 이광자 리소그래피로 높이가 서로 다른 구조를 만들고, 다양한 설계 데이터를 토대로 인공지능이 렌즈 위치마다 적합한 구조를 배치하도록 했다. 이 방식으로 저굴절률 소재 기반의 풀컬러 렌즈를 구현했으며, OLED 디스플레이와 결합한 실험에서도 컬러 영상을 확인했다.

메타렌즈는 나노미터 크기의 구조물을 배열해 빛의 진행 방향을 바꾸는 초박형 광학 소자다. 여러 장의 유리 렌즈로 구성되는 기존 광학계를 줄일 수 있어 AR·VR 기기와 차세대 디스플레이에 적용할 기술로 연구돼 왔다. 상용화를 위해서는 빨강·초록·파랑 빛을 같은 지점에 모아 색 번짐을 억제하는 무색수차 성능과 대량생산 공정이 모두 필요하지만, 비용 부담이 낮은 저굴절률 소재로 두 조건을 충족하기는 어려웠다.

두 번째 연구는 높이가 다른 나노 구조를 반복해서 찍어낼 수 있는 공정에 초점을 맞췄다. 연구진은 그레이스케일 전자빔 리소그래피로 여러 높이의 구조가 새겨진 틀을 만든 뒤 이를 나노임프린트 공정에 적용해 다양한 구조를 한 번에 전사했다. 노준석 교수 연구진은 고차원 나노 공정을 통해 AR·VR용 풀컬러 무색수차 메타렌즈의 제조 가능성을 확인했으며, 향후 디스플레이와 이미징, 광학센서 분야로 적용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 봤다.