국내 연구진이 이러한 곤충의 눈을 모사해 빛의 반사를 최소화한 렌즈를 만들 수 있는 기술을 개발했다.

KAIST(한국과학기술원·총장 서남표)는 정기훈 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 곤충의 눈 표면에 형성된 나노구조를 모사해 저렴하면서도 빛 반사율을 1% 이하로 낮춘 '무반사 미세렌즈' 양산기술을 개발하는데 성공했다고 21일 밝혔다.

이 렌즈는 휴대폰, 디지털카메라 등에 적용된 이미지 센서에 활용할 수 있으며 기존 반도체 양산 공정을 그대로 활용할 수 있어 상용화 가능성이 높다는 것이 연구진의 설명이다. 또 정 교수 연구팀이 개발한 이번 기술을 카메라 이미지센서용 미세렌즈에 적용할 경우 집광효율이 높아 대조효과와 밝기 특성이 매우 우수한 고감도 카메라를 만들 수 있다.
 

▲곤충 겹눈의 나노돌기 구조를 모사한 고효율 미세렌즈 배열. 무반사 렌즈는 일반렌즈에 비해 표면 반사를 현격히 감소시켜 무반사 렌즈를 통해 맺힌 이미지의 선명도를 증가시킨다. ⓒ2012 HelloDD.com

연구팀은 겹눈과 낱눈의 특성을 갖는 곤충의 눈이 오랜 진화를 통해 최적의 조건을 만들어 온 것으로 보고 컴퓨터 시뮬레이션을 거쳐 빛이 가장 잘 투과되는 나노구조라는 것을 알아냈다. 이후 이 구조를 모사해 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 카메라 미세렌즈에 적용한 결과, 반사율이 기존 10%에서 1% 이하로 현격히 감소하는 특성을 확인했다.

연구팀은 곤충에서 착안한 무반사 구조를 만들기 위해 반도체 생산에 쓰이는 '식각공정'을 활용했다. 미세렌즈에 은(銀) 박막 코팅을 한 후 저온열처리를 통해 은나노 입자를 미세렌즈 표면에 형성시켰다. 이를 마스크로 삼아 렌즈표면을 건식 식각해 무반사 특성을 갖는 나노구조를 렌즈 곡면에 구현하는데 성공했다.

▲논문 표지.   ⓒ2012 HelloDD.com

정 교수는 "곡면 구조의 카메라 미세렌즈 표면에서 빛의 반사가 심해 집광효율이 떨어지는 문제가 있다"며 "몰포나비의 눈에 형성된 나노구조에 착안해 기술개발에 성공했다"고 밝혔다. 또 정 교수는 "기존 반도체공정을 그대로 이용할 수 있기 때문에 고가의 무반사 코팅보다 훨씬 저렴한 단가로 카메라 이미지센서용 무반사 미세렌즈에 즉시 적용할 수 있다"고 덧붙였다.

정 교수가 주도하고 정혁진 박사과정 학생이 참여한 이번 연구는 세계적인 물리학회지 '어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)' 최신호에 표지논문으로 게재됐으며, 관련 기술은 현재 국내외 특허출원이 진행중이다.