신문처럼 인쇄하는 렌즈 시대 개막...메타렌즈 초고속 대량생산 기술 확보

- 롤투롤 나노임프린팅 공정으로 초당 300개 생산... 기존 대비 생산성 100배 향상

- 가시광 전 영역에서 동작하는 고효율 메타렌즈 양산 기술, 세계적 학술지 ‘네이처(Nature)’ 게재

▲ (왼쪽부터) 성균관대 조규진 교수, 포항공대 노준석 교수, 성균관대 김인기 교수

생명물리학과·지능형정밀헬스케어융합전공 조규진·김인기 교수 연구팀이 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀과 공동으로, 가시광 영역에서 동작하는 ‘메타렌즈’를 초당 300개 이상의 속도로 생산할 수 있는 ‘롤투롤(Roll-to-Roll) 나노임프린팅’ 공정 기술을 개발했다.

이번 연구 성과는 그동안 실험실 수준의 소량 생산에 머물러 있던 메타렌즈 제작의 한계를 극복하고, 실제 산업 현장에 적용 가능한 초고속·저비용 대량 생산의 길을 열었다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 연구 결과는 세계 최고 권위의 국제 학술지인 ‘네이처(Nature)’에 4월 16일 온라인판으로 게재되어 학계의 주목을 받고 있다.

메타렌즈는 머리카락보다 수백 배 얇은 나노 구조체를 이용해 빛을 조절하는 초박형 광학 소자다. 기존의 크고 무거운 굴절 렌즈를 획기적으로 줄일 수 있어 차세대 광학 기술로 꼽히지만, 제작 과정에서 비싼 반도체 공정을 사용해야 해 상용화에 어려움이 있었다. 이에 공동연구진은 신문을 찍어내는 방식과 유사한 ‘롤투롤’ 공정을 적용했다. 유연한 기판 위에서 연속적으로 나노 구조를 형성하는 이 기술을 통해 연구팀은 기존 대비 100배 이상의 생산성을 확보했으며, 12인치 대면적 공정에서 1.5초마다 메타렌즈 어레이를 생산하는 데 성공했다.

▲ 롤투롤 나노임프린팅 기반 메타렌즈 대량 생산 공정

연구팀은 생산성뿐만 아니라 렌즈의 성능도 극대화했다. 저굴절률 폴리머 구조 위에 이산화티타늄(TiO2) 박막을 원자층 증착(ALD) 방식으로 코팅하여, 빛을 모으는 효율을 기존 10% 수준에서 최대 90%까지 끌어올렸다. 이는 가시광선 전 영역에서 고해상도 이미징이 가능한 수준으로, 실제 실험 결과 회절 한계에 가까운 정밀한 초점 형성을 확인하였다.

▲ 제작된 대면적 메타렌즈

조규진 교수는 “이번 기술은 환경오염 없이 고속 대량 생산이 가능한 저비용 제조 기술”이라며 “지속 가능한 분산형 롤투롤 인쇄 파운드리 플랫폼으로서 전 세계로 뻗어나가는 ‘K-제조 플랫폼’으로 성장할 것”이라고 포부를 밝혔다. 또한 김인기 교수는 “세 연구 그룹의 설계, 제작, 응용 기술이 집약되어 세계 최고 수준의 완성도를 이뤄냈다”며 “이제는 메타렌즈의 대량생산이 가능해지면서 로봇･드론 등에 활용이 가능한 초소형 카메라 및 바이오･의료 영상을 위한 현미경 등에도 메타렌즈가 활발히 적용될 것”이라고 덧붙였다.

이번 연구는 과기정통부 ERC R2R인쇄유연컴퓨터 개발 연구센터와 미래개척융합과학기술개발사업(글로벌융합연구지원사업, 미래유망융합기술파이오니아사업), 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업, 포스코홀딩스 N.EX.T Impact 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

※ 논문명: 300-unit-per-second roll-to-roll manufacturing of visible metalenses

※ 학술지: Nature (2026)

※ 논문링크: 10.1038/s41586-026-10369-y