포스텍 연구진이 얇은 렌즈 하나로 선명한 풀컬러 영상을 구현하는 메타렌즈 기술과 이를 대량생산할 수 있는 제조 공정을 잇달아 개발했다고 11일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다.
메타렌즈는 ㎚(나노미터·10억분의 1m) 크기의 구조물을 배열해 빛의 진행 방향을 제어하는 초박형 렌즈다. 여러 장의 유리 렌즈를 사용하는 기존 광학계를 줄일 수 있어 증강현실(AR)·가상현실(VR) 기기와 차세대 디스플레이 등에 활용할 기술로 연구되고 있다.
다만 상용화를 위해서는 빨강·초록·파랑(RGB) 빛을 같은 지점에 모아 색 번짐을 줄이는 '무색수차' 성능과 대량생산 기술이 필요하다. 특히 생산 비용이 낮은 저굴절률 소재로 이를 구현하기가 쉽지 않았다.
연구진은 메타렌즈를 구성하는 나노 기둥인 '메타원자(메타아톰)'의 폭뿐 아니라 높이까지 조절하는 방식으로 문제를 해결했다. 메타원자마다 서로 다른 높이를 적용해 각 파장의 빛을 더 정밀하게 제어하는 방식이다.
첫 번째 연구에서는 3차원(3D) 나노 공정인 '이광자 리소그래피'를 이용해 높이가 다른 나노 구조를 제작했다. 다양한 구조의 설계 데이터를 구축한 뒤 인공지능(AI)을 활용해 렌즈 위치별로 적합한 구조를 배치했다. 이를 통해 저굴절률 소재로 풀컬러 메타렌즈를 구현했으며, 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이와 결합한 실험에서도 컬러 영상을 확인했다.
두 번째 연구에서는 양산 가능성을 높이는 데 초점을 맞췄다. '그레이스케일 전자빔 리소그래피'로 높이가 서로 다른 나노 구조가 새겨진 틀을 제작한 뒤, 이를 반복 전사하는 나노임프린트 공정에 적용했다. 기존 방식보다 다양한 높이의 구조를 한 번에 구현할 수 있다는 점이 특징이다.
연구진은 이번 두 연구가 저굴절률 소재를 활용한 메타렌즈의 광학 성능을 높이는 동시에 반복 생산이 가능한 제조 방식을 제시했다는 데 의미가 있다고 설명했다.
노준석 교수는 "고차원 나노 공정을 이용해 AR·VR용 풀컬러 무색수차 메타렌즈의 제조 가능성을 제시했다"며 "향후 디스플레이와 이미징, 광학센서 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
참고 자료
Nature Communications(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-73103-2
Nature Communications(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-73940-1