스마트폰의 눈, 핫한 반도체. 이미지 센서 탐구 ‘ON’

스마트폰의 눈, 핫한 반도체. 이미지 센서 탐구 ‘ON’

 

멀티 카메라, 트리플 카메라, 쿼드 카메라까지! 최근 스마트폰에 탑재되는 카메라의 개수는 점점 늘어나고, 광각 카메라, 심도 카메라, 광학 x배 줌 카메라 등 그 기능도 다양해지고 있습니다. 최근에는 플래그십 제품(Flagship products ; 각 브랜드의 최고급 제품) 뿐만 아니라 중저가 제품에도 기본적으로 듀얼카메라가 기본적으로 탑재되는 것이 비일비재할 정도로, 스마트폰에서 카메라의 성능이 차지하는 중요도는 점점 높아지고 있습니다. 이렇게 다양한 기능과 높은 성능을 구현하기 위해서는 이미지 센서의 발전이 필수적이라고 하는데요, 사람의 눈처럼 망막을 통해 들어온 상과 빛을 디지털 신호로 변환하여 이미지로 구현하는 반도체. 이번 기사에서는 이미지 센서에 대하여 알아보려 합니다. 최근 SK하이닉스에서 출시된 따끈따끈한 신상 이미지 센서에 대한 소식도 있다고 하니 끝까지 잘 따라와주세요!

SK Careers Editor 안지훈

 

카메라는 마치 사람의 눈처럼 동작하는데, 사물에 반사된 빛은 사람의 눈에 들어와 각막을 통과하고 동공을 거쳐 수정체에 닿고, 이 수정체가 빛을 굴절시켜 먼저 망막과 초점을 맞추게 됩니다. 망막은 빛을 인식하여 전기적 신호로 변환하고, 시신경은 이 신호를 뇌로 전달합니다.

카메라는 렌즈를 통해 피사체를 인식하게 되는데, 이때 들어온 빛을 전기적인 신호로 변환해주는 과정이 반드시 필요합니다. 이 과정에서 빛을 전기 신호로 바꾸어 주는 역할을 하는 소자가 바로 오늘의 주인공인 이미지 센서입니다.

카메라의 필름처럼, 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환해 영상을 만드는 동작을 하는 이미지 센서를 거치고 나면 이 신호를 ISP(Image signal processor; 이미지 신호 처리장치)가 처리하여 화면으로 출력하거나 메모리에 저장하게 됩니다. 필름 카메라가 인화 과정을 필요로 하는 것과는 달리, 이미지센서를 통해 변환된 디지털 정보는 바로 처리 과정을 거쳐 확인이 가능하기 때문에 정보의 처리가 용이하다는 장점이 있습니다.

 

앞서 살펴본 이미지 센서의 역할을 하는 것이 바로 CIS인데요, CIS는 CMOS Image Sensor의 준말로, 과거 CCD 이미지 센서와 구분되는 위치를 가지고 있습니다. CCD와 CMOS 이미지 센서는 신호의 전송 방식에서 차이점을 가지는데, CCD 이미지 센서는 전자 형태의 신호를 직접 전송하는 반면, CMOS 이미지 센서는 신호를 전압의 형태로 변환하여 전송하는 방식이라는 점에서 구분됩니다. 

기기의 소형화와 모바일 시장의 확대로, 동일한 배터리에서도 오래 사용할 수 있는 소자가 필요해지면서, 전력 소모가 비교적 낮은 CMOS 이미지 센서가 우위를 점하기 시작했고, CMOS 이미지 센서 공정의 경우, 기존 반도체 공정을 사용하고 주변 회로와의 집적화가 가능하다는 점에서 CCD센서에 비해 CMOS 센서가 주목받기 시작했습니다. CMOS 센서의 단점이었던 노이즈, 저조도 감도 등도 연구 끝에 많은 성능 개선이 이루어져, 현재는 대부분의 카메라에서 CMOS가 탑재되고 있습니다.

앞서, 카메라의 개수가 많아지면서 이미지 센서의 발전도 함께 이루어졌다고 말씀드린 것처럼, 광각, 망원, 심도, 초광각 등으로 카메라의 기능이 다양해지는 만큼 이미지 센서의 발전 방향도 그 갈래가 나뉘고 있습니다.

메인 광각 카메라의 이미지센서는 높은 화소를 확보하여 선명도를 높이고 픽셀의 크기를 키워 나는 방향으로, 대상을 확대하여 촬영하는 망원 카메라의 이미지센서는 작은 픽셀 대비 높은 배율을 갖는 방향으로, 시야각이 넓은 초광각 카메라는 해상도를 높여 좋은 품질의 사진을 확보하는 쪽으로 각각 진화하고 있습니다. 이렇게 다양한 수요가 발생함과 동시에, 스마트폰에 탑재되는 카메라의 개수가 늘어나면서 CMOS 시장은 더욱 확장되고 있습니다.

 

< 자료 : 통계청, ‘광업제조업통계조사 보고서(품목편)’ 2012-2018 >

CMOS 이미지 센서가 최근 주목받고, 수요가 급증하는 가장 큰 이유는 스마트폰 등의 모바일 이미지센서 시장 때문입니다. 멀티카메라의 탑재와 기능의 다양화 추세에 힘입어 CIS 시장은 큰 성장세를 보이고 있습니다. 스마트폰이 상향평준화 되면서 기업들이 제품의 차별화 기능으로 다양한 카메라 기능을 앞세운다는 점과 더불어, 앞으로도 증강현실, 자동차 부문까지 확대될 것임을 감안하면 CIS 시장의 규모는 더욱 커질 것으로 생각됩니다. 이렇게 확대되는 CIS 시장에서 SK하이닉스가 신제품 라인업을 구축했다고 하는데, 과연 어떤 제품일까요?

 

< 출처 : SK하이닉스뉴스룸 >

 2020년 1분기부터 SK하이닉스는 CIS 라인업의 경쟁력을 높이고자 ‘블랙펄’ 신제품 라인업을 구축하였습니다. ‘블랙펄’ 라인업은 1.0um로 픽셀 크기는 줄였고, 기능 별로 구분된 4종의 제품은 소형화 모듈과 고해상도의 특징을 가집니다. 알고리즘 기술과 쿼드 픽셀 기능 등의 탑재로 초광각 카메라, 전면카메라, 망원카메라 등에 최적화된 각 종의 제품을 통해 다양한 분야에서 경쟁력을 확보하고 브랜디드 이미지를 제고하겠다고 하는데요, 향후 하반기에는 0.8um의 더 작은 픽셀 크기로 높은 화소를 구현한 제품도 선보일 계획이라고 합니다.

스마트폰의 눈이 되는 이미지 센서, 시장의 수요가 활성화되고 규모가 커지면서 이미지 센서 시장은 앞으로도 더욱 활기를 띨 것입니다. 높은 품질의 사진을 얻기 위한 이미지 센서의 진화는 우리에게 어떤 모습으로 다가올 지 기대되는 바입니다.