1/1.4 인치 규격의 삼성전자 ‘아이소셀 HP3’는 픽셀 크기를 기존 제품 대비 12% 줄인 0.56㎛로 설계돼, 모바일기기에 탑재할 카메라 모듈 크기를 최대 20%까지 줄일 수 있게 됐다.

‘HP3’에는 2억개의 화소 전체를 활용하는 위상차 자동 초점 기술 ‘슈퍼 QPD (Quad Phase Detection)’가 적용됐다. 좌/우, 상/하의 위상차를 이용해 보다 빠르고 정확하게 초점을 잡을 수 있다.

또한, 이미지센서의 전 화소를 활용해 초점을 잡을 수 있어 이미지 전 영역에서 선명한 화질을 제공한다.

‘HP3’는 전 화소 자동 초점 기능과 함께 초당 30 프레임 8K 초고해상도, 120 프레임 4K 고해상도 영상을 지원해 영화 촬영 수준의 ‘시네마 카메라’ 성능을 구현했다. 특히, 이번 제품은 사진 촬영과 동일한 화각에서 초고해상도 8K 영상 촬영을 지원하는 것이 큰 특징이다.

밝은 곳과 어두운 곳의 조도 차이가 큰 부분이 혼재된 상황에서는 노출 시간이 다른 프레임 3장을 합성해 깨끗하고 생생한 이미지를 제공하는 ‘스태거드 HDR (Staggered High Dynamic Range)’ 기능도 지원한다.

또한, ‘HP3’에 탑재된 ‘스마트 ISO 프로’ 기술은 저감도(낮은 ISO) 이미지를 중감도(중간 ISO) 또는 고감도(높은 ISO) 이미지와 합성해 어두운 장면을 보다 세밀하게 표현하도록 지원한다. 이전까지 저감도와 고감도 이미지를 합성했던 것과 달리 중감도 이미지도 활용할 수 있게 돼 상황에 최적화된 이미지를 제공한다.

‘HP3’는 14비트(bit) 지원을 통해 이전 제품 대비 색표현력이 64배 좋아져 더욱 생동적이고 현실감 있는 화질 구현이 가능하다.

조도 조건에 따라 4개 또는 16개의 인접 픽셀을 하나로 묶어 촬영하는 독자기술 ‘테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra²Pixel)’도 적용됐다. ‘테트라 스퀘어드 픽셀’은 저조도 환경에서 인접한 픽셀을 묶어 수광 면적을 4배, 16배로 확대해 보다 선명한 이미지를 제공한다.

삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀장 임준서 부사장은 “삼성전자는 2019년 업계 최초로 1억화소 이미지센서 시대를 열었고, 지난해 2억화소 이미지센서도 최초로 출시하는 등 초소형 픽셀 기술력을 통해 시장의 트렌드를 선도하고 있다”며 “이번 업계 최소 픽셀 크기의 ‘HP3’ 신제품을 통해 사용자 경험 혁신을 지속해 나가겠다”고 말했다.

삼성전자는 이번 제품을 연내 양산할 예정이다.

오늘날 소비자들에게 즐거움과 편의성을 제공하는 첨단 스마트기기, 그 혁신은 제품 속 작은 부품에서 출발한다. 눈에 보이진 않지만 강력한 성능으로 무장한 삼성전자 반도체 솔루션들은 최신 스마트기기들이 전에 없던 사용 경험을 제공할 수 있도록 지원한다.

대용량 데이터도 순식간에 처리, 모바일 AP와 메모리

삼성전자 ‘엑시노스(Exynos)’ 시리즈는 최신 스마트기기에서 ‘두뇌’ 역할을 하는 애플리케이션 프로세서(AP)다. 이중 최상위 솔루션인 ‘엑시노스 9810’은 독자 개발한 3세대 중앙처리장치(CPU) 코어와 함께, 업계 최고 수준인 1.2Gbps 다운로드 속도의 롱텀에볼루션(LTE) 모뎀을 갖추고 있다. 여섯 개 주파수 대역을 한 번에 지원(Cat.18 6CA, Carrier Aggregation)하는 이 모뎀은 스마트기기가 빠르고 끊김 없이 통신할 수 있도록 지원한다.

최신 모바일 D램인 ‘LPDDR4X’는 최대 8GB(기가바이트) 용량으로 UHD 비디오 촬영, 고성능 게임을 비롯한 다중작업(멀티태스킹)을 빠르게 실행할 수 있도록 데이터들을 임시 저장하는 역할을 한다. 삼성전자의 독자적인 ‘V-NAND’ 기술을 기반으로 만든 고성능 내장메모리 eUFS(embedded Universal Flash Storage)는 소비자들의 일상이 멀티미디어 콘텐츠로 가득 찰 수 있게 해준다. 최대 512GB 용량으로 사진, 동영상을 스마트기기 내부에 저장할 수 있게 해주며, 동시에 초고속 데이터 전송 속도를 제공한다.

일상을 작품으로 담아내는 이미지센서

삼성전자는 ‘ISOCELL’ 브랜드로 사용자들의 다양한 사용 환경에 맞춘 폭넓은 이미지센서 솔루션을 제공하며 스마트기기의 영상 촬영을 지원하고 있다. 이 중 2Gb LPDDR4 메모리가 내장된 ‘ISOCELL Fast 2L3’은 초당 960 프레임을 찍는 초고속 촬영은 물론, 120분의 1초의 고속촬영 기능까지 갖췄다. 눈 깜짝할 사이 사라지는 피사체도 ‘ISOCELL Fast 2L3’의 센싱을 피해갈 순 없다.

스마트폰을 비롯한 모바일기기의 앞면에 별도로 적용되는 ‘ISOCELL Bright’ 이미지센서는 첨단 픽셀 기술이 적용되어 어두운 곳에서 밝고 선명한 셀프 촬영을 돕는다.

이외 스마트기기의 뒷면 메인 카메라 옆에 자리잡고 있는 렌즈 일체형 플래시 LED는 피사체에 밝고 균일한 밝기를 제공해, 고품질의 결과물을 얻을 수 있게 해준다.

생체인식-터치-근거리통신-전력까지…출발은 반도체

삼성전자는 AP, 메모리, 이미지센서 외에 생체인식, 터치, 근거리통신, 전력관리까지 스마트기기 전반에 관련한 반도체 솔루션을 제공하고 있다. 최신 스마트폰의 잠금 해제, 금융서비스 관련 보안 등에 적용되는 홍채인식 기능도 삼성의 홍채인식 칩에서 출발한다.

모바일 교통카드처럼 무선으로 손쉽게 이뤄지는 결제 기능은 근거리 무선통신(NFC) 칩을 활용하며, 손가락 터치로 이뤄지는 수많은 기능들이 터치 콘트롤러 칩을 기반으로 빠르고 부드럽게 실행된다. 이외 AP, 메모리, 카메라, 디스플레이까지 스마트기기의 핵심 영역들에 전력관리 집적회로(PMIC)가 따라붙어 꼼꼼하게 전력을 관리함으로써 효율과 안정성을 높이는 역할을 한다.

고성능 스마트기기 활용이 일상화된 시대, 삼성의 뛰어난 반도체 솔루션들은 눈에 보이지 않는 곳에서 ‘작지만 큰’ 사용자 경험의 차이를 만드는 원동력이 되고 있다.

※ ISOCELL : 삼성전자 이미지센서 브랜드로 특성에 따라 Fast, Slim, Bright, Dual 4가지 서브 브랜드로 구성(http://www.samsungsemiconstory.com/1530)

삼성전자가 이번에 새롭게 출시하는 2종의 이미지센서 제품은 고화질과 작은 면적을 동시에 구현한 것이 특징이다.

스마트폰 카메라가 고화질이 될 수록 이미지센서 면적도 증가해야 하나, 베젤리스(Bezel-less) 디자인으로 디스플레이 영역이 넓어지면서 이미지센서의 공간 제약이 점차 심해지고 있다.

삼성전자의 1천2백만 화소 ‘ISOCELL Fast 2L9’과 2천4백만 화소 ‘ISOCELL Slim 2X7’ 이미지센서는 이 같은 시장의 상반된 요구를 만족시키는 제품이다.

[ISOCELL Fast 2L9 ]
‘ISOCELL Fast 2L9’은 빠르고 정확한 자동초점을 제공하는 듀얼픽셀(Dual Pixel) 기술을 적용했다.

듀얼픽셀 기술은 빛을 받아들이는 각 픽셀에 두 개의 포토 다이오드를 집적해야하는 만큼 픽셀의 크기가 매우 중요한데, 삼성전자는 미세 공정 기술을 통해 픽셀 크기를 기존 1.4 ㎛에서 1.28 ㎛로 줄여 사이즈 경쟁력을 확보했다.

또한 듀얼픽셀에 집적된 2개의 포토 다이오드간 위상차를 이용해 피사체와 배경을 구분해 낼 수 있어 이미지센서 1개로도 아웃포커스 기능을 구현할 수 있다.

※ 아웃포커스 : 촬영 대상에만 초점이 또렷하고 이외의 대상은 초점이 맞지 않고 흐려 보이는 상태

[ISOCELL Slim 2X7]

‘ISOCELL Slim 2X7’은 촬영 환경에 따라 화소 수를 자동 조절해 어두운 곳에선 더 밝게(6백만 화소), 밝은 곳에서는 더욱 선명하게(2천4백만 화소) 이미지를 촬영 할 수 있는 테트라픽셀 기술을 적용한 제품이다.

또한 이 제품은 업계 최초로 픽셀크기 1.0㎛의 벽을 깨고 픽셀을 0.9㎛ 까지 줄인초소형 픽셀 이미지센서다.

이처럼 픽셀 사이즈를 줄인 초소형 이미지센서는 인접한 픽셀간 간섭 현상으로 정확한 색 재현이 어려운 특성이 있으나 ISOCELL Slim 2X7은 픽셀 사이에 물리적 벽을 형성하는 DTI(Deep Trench Isolation) 공법을 적용했다.

이로 인해 픽셀 간 간섭을 차단하고 빛을 받는 면적은 더욱 넓혀 색 재현성을 높이는 한편, 칩 설계 기술을 통해 이미지 품질에 영향을 주는 노이즈(Noise) 발생도 최소화했다.

삼성전자 시스템LSI 사업부 마케팅팀장 허국 상무는 “ISOCELL Fast 2L9과 Slim 2X7은 삼성전자의 첨단 기술이 집약된 신제품으로 전후면 카메라에 모두 적용할 수 있어 활용성이 매우 높다”며, “이미지센서 라인업을 지속적으로 늘려 나가고, 신규 어플리케이션으로 시장을 확대할 것”이라고 밝혔다.

▲낮은 조도에서도 우수한 자동초점(AF) 성능을 자랑하는 픽셀크기 1.28㎛, 1천2백만 화소 듀얼픽셀 이미지센서 ‘ISOCELL Fast 2L9’

▲밝은 곳에선 2천4백만 화소로 선명하게 어두운 곳에선 6백만 화소로 밝게 촬영하는 픽셀크기 0.9㎛, 2천4백만 화소 테트라픽셀 이미지센서 ‘ISOCELL Slim 2X7’

* 테트라픽셀(Tetrapixel) 명칭은 2022년 7월에 수정되었음

삼성전자는 6월 28일 중국 상해에서 개최한 ‘MWC Shanghai 2017’에 참가해, ‘ISOCELL’ 브랜드를 공개하고 4가지 이미지센서 솔루션을 선보였다.

‘ISOCELL’은 미세해지는 센서 픽셀간 간섭현상을 최소화해 작은 픽셀로 고품질의 이미지를 구현하는 기술로 삼성전자가 2013년 세계 최초로 개발해 다양한 이미지센서 제품에 적용해왔다.

이미지 센서는 스마트폰과 차량용 카메라 등 다양한 기기에 사용되는 핵심 부품으로 글로벌 IT 기기 제조사뿐만 아니라 일반 소비자들의 제품 선택에 영향을 미칠 만큼 제품의 성능과 품질에 대한 관심이 높아지고 있다.

삼성전자는 이번 ‘ISOCELL’ 브랜드를 통해 소비자들이 보다 쉽게 삼성전자의 첨단 이미지센서를 인지해 신뢰하고 선택할 수 있도록 한다는 계획이다.

또한 삼성전자는 사진 촬영이 일상이 된 이용자들의 다양한 사용 환경에 맞춰 ‘ISOCELL’ 이미지센서 제품 군을 ‘Bright’, ‘Fast’, ‘Slim’, ‘Dual’ 4가지로 세분화 하였다.

ISOCELL ‘Bright’는 저조도 환경에서 밝고 선명한 사진을 찍을 수 있도록 색 표현력을 높이고 노이즈를 최소화 한 제품이며, ‘Fast’는 어두운 곳에서도 움직이는 물체에 초점을 빠르고 정확하게 맞추는 오토포커스 기능을 강화한 제품이다.

‘Slim’은 0.9 ~ 1 ㎛의 최소 픽셀 사이즈를 적용해 작고 슬림한 기기에 적합하며, ‘Dual’은 듀얼카메라 채용 트렌드에 최적화한 제품이다.

삼성전자 System LSI 사업부 전략마케팅팀 허국 상무는 “‘ISOCELL’ 은 삼성전자의 최첨단 픽셀 기술이 집약된 제품”이며, “최첨단 이미지센서 솔루션을 통해 스마트폰을 비롯한 다양한 응용처에서 뛰어난 화질과 새로운 사용자 경험을 제공할 것” 이라고 밝혔다.

한편 삼성전자는 6월28일부터 6월30일까지 중국 상해에서 열리는 ‘MWC Shanghai 2017’에서 ‘ISOCELL’ 이미지센서 제품과 함께 모바일, VR, 웨어러블 등 다양한 분야의 삼성전자 시스템반도체 솔루션도 선보인다.

▲삼성전자 이미지센서 브랜드 아이소셀(ISOCELL) 영문 로고

▲삼성전자 이미지센서 브랜드 아이소셀(ISOCELL) 중문(中文) 로고

▲삼성전자 1,200만화소 듀얼 픽셀 이미지센서

특히 필름 카메라에서 디지털카메라의 발전은 우리 생활에도 큰 변화를 가져왔습니다. 콤팩트형의 소형 카메라에서 전문가용 고사양 DSLR까지 그 종류도 다양해졌고 휴대폰, 태블릿PC, CCTV, 블랙박스에 이르기까지 다양한 기기에 카메라 기술이 적용됐습니다.

▲ 디지털카메라 속 반도체 기술

이렇게 우리의 소중한 추억을 기록해주는 디지털카메라에도 반도체 기술이 숨어 있습니다. 렌즈를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상 신호로 바꿔 주는 CMOS 이미지센서(CIS), 이미지 신호를 처리하는 이미지 신호 처리 장치(ISP), 데이터 처리속도를 빠르게 해주는 D램, 사진파일을 저장하는 낸드플래시 등 많은 반도체가 우리 카메라에서 중요한 역할을 하는데요.

오늘은 카메라의 필름 역할을 하는 ‘CMOS 이미지센서’에 대해 알아보겠습니다.

카메라의 필름역할을 하는 ‘이미지센서’

디지털카메라에는 여러 반도체 기술이 필요하지만, 가장 중요한 역할을 하는 부품이 바로 ‘이미지센서’입니다. 이미지센서는 피사체 정보를 읽어 전기적인 영상신호로 변환해주는 장치입니다. 즉 빛에너지를 전기적 에너지로 변환해 영상으로 만드는데 카메라의 필름과 같은 역할을 합니다.

쉽게 말해 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 디지털 신호로 변환해주는 역할로, 영상신호를 저장하고 전송해 디스플레이 장치로 촬영한 사진을 볼 수 있도록 만들어 주는 반도체입니다. 이러한 이미지센서가 사용되는 디지털카메라는 일반 필름카메라와 달리 필름, 인화 과정을 필요로 하지 않는데요. 사진을 찍은 후 바로 디스플레이 화면에서 사진을 확인하거나 삭제할 수 있는 것이죠!

이미지센서는 응용 방식과 제조 공정에 따라 CCD 이미지센서와 CMOS 이미지센서로 나눌 수 있습니다. CCD 이미지센서는 전자 형태의 신호를 직접 전송하는 방식으로 아날로그 제조 공정이 사용되는데요.

CMOS 이미지센서 대비 노이즈가 적다는 장점을 가지고 있습니다. 반면 CMOS 이미지센서는 신호를 전압 형태로 변환해 전송하는 방식으로 CMOS 제조 공정이 사용되어 가격경쟁력이 있다는 장점이 있습니다.

이러한 특징 때문에 과거 CCD 이미지센서는 디지털카메라에 사용되고, CMOS 이미지센서는 주로 휴대폰에 사용됐습니다.

하지만 휴대폰, 태블릿PC 등 카메라 기능이 탑재된 모바일 기기의 시장이 확대되면서 핵심 부품으로 CMOS 이미지센서가 주목받기 시작했습니다. 특히 모바일 기기는 전력 소비를 줄이는 것이 중요한데 이는 배터리 사용 시간 연장과 직결되기 때문입니다. 때문에 CCD 이미지센서 대비 저전력 공정으로 소비전력에서 강점을 가지는 CMOS 이미지센서가 핵심 부품으로 떠오르게 된 것입니다.

또한, CMOS 이미지센서는 노이즈 등 성능이 매우 개선되고 동영상 지원 기능과 가격 측면에서도 지속적인 우위를 가지면서 최근에는 DSLR 카메라에도 많이 탑재되고 있습니다.

이외에도 CMOS 이미지센서는 CCD 이미지센서에 비해 많은 장점을 가지고 있는데요, 일반 반도체 공정인 CMOS 공정을 사용하기 때문에 가격 경쟁력을 가지며 이미지센서와 주변 회로를 원칩화할 수 있어 소형화 및 관리가 용이합니다.

CMOS 이미지센서의 혁신, ISOCELL

일반적으로 이미지의 화질은 센서를 구성하는 각 픽셀(Pixel, 화소)에 모이는 빛의 양에 많은 영향을 받습니다. 최근 CMOS 이미지센서의 칩 크기는 작아지고 픽셀 수는 늘어나 픽셀의 크기가 계속 작아지고 있는데요. 작은 픽셀일수록 충분한 빛을 흡수하기 어려워 CMOS 이미지센서 기술은 ‘수광율(이미지센서가 빛을 받아들이는 정도)’을 높이는 방향으로 발전해 왔습니다.

그래서 기존 후면조사형(BSI) 센서는 ‘수광부(빛을 받아들이는 부분)’를 센서의 가장 윗부분으로 옮겨 ‘수광율’을 높여 왔는데요, 하지만 픽셀의 크기가 계속 작아짐에 따라 최근 한계에 봉착했습니다.

이에 작년 9월 삼성전자는 업계 최초로 기존 CMOS 이미지센서의 성능 한계를 극복한 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 개발에 성공했는데요,

‘아이소셀(ISOCELL)’은 ‘격리하다(isolate)’와 ‘세포(cell)’의 뜻이 합쳐진 어원으로, 용어에서도 알 수 있듯이 픽셀과 픽셀 사이에 절연부를 형성해 인접한 픽셀들을 서로 격리시키는 구조입니다. 즉 이미지센서를 구성하고 있는 수백만 개의 픽셀 각각의 테두리에 물리적인 벽을 세워 픽셀로 들어온 빛이 밖으로 나가지 않도록 하는 첨단 이미지센서 기술인데요,

각 픽셀에 들어온 빛이 주변 픽셀에 영향을 주는 ‘간섭현상’을 최소화해 빛의 손실을 줄인 것이 특징입니다. 때문에 빛이 적은 어두운 공간에서도 보다 깨끗한 이미지를 얻을 수 있어 모바일기기 사용자들의 카메라 성능 만족도를 더욱 높일 수 있답니다.

삼성전자는 이번 MWC 2014(Mobile World Congress)에서 아이소셀을 기반으로 한 1600만 화소 이미지센서와 적층형 구조의 1300만 화소 이미지센서를 새롭게 공개하며 모바일 이미지센서 분야의 기술 리더십을 더욱 강화하고 있습니다. 우리의 소중한 추억 순간순간을 간직해주는 반도체, ‘이미지센서’의 활약을 앞으로도 기대해주세요~!

원문 링크: http://samsungsemiconstory.com/642

에디터S는 요즘 스마트폰으로 사진을 찍고 SNS에 올리는 재미에 푹 빠졌는데요~
스마트폰 카메라는 전문가용 카메라와 비교해도 뒤지지 않을 정도로 화질이 훌륭할 뿐 아니라 휴대가 간편하다는 장점이 있답니다^^.

삼성전자는 지난달 스페인 바르셀로나에서 열린 MWC(Mobile World Congress) 2014를 통해 차세대 기술인 ‘아이소셀(ISOCELL)’을 적용한 1300만, 1600만 화소 모바일 CMOS 이미지센서(CIS)를 공개했습니다.

아이소셀은 지난해 9월 삼성전자가 업계 최초로 개발한 차세대 이미지센서 기술로, CIS 구성 화소에 모이는 빛을 최대한 활용할 수 있도록 센서 구조를 바꾼 게 특징입니다. 이를 통해 어두운 환경에서도 사진을 선명하게 촬영할 수 있고, 색 재현성(reproducibility)을 높여 피사체 고유의 색에 가까운 이미지를 표현할 수 있습니다^^.

이번에 에디터S가 소개할 이야기는 이처럼 사진의 품질을 향상시키는 CIS와 아이소셀입니다.

▲차세대 CMOS 이미지센서 신기술 ‘아이소셀(ISOCELL)’을 적용한 800만화소(1/4인치) 모듈

에디터S는 CIS의 개념을 이해하기 위해 전문 용어부터 하나씩 공부해보기로 했답니다^^.

CMOS는 집적 회로를 구성하는 기술입니다. 이렇게 배경지식을 쌓았으니 이제는 CIS에 대해 살펴볼 차례죠?

CIS는 CMOS 기술로 생산된 이미지 센서를 말합니다. 수많은 감광 픽셀 센서들이 배열된 집적 회로로서 각각의 픽셀은 빛을 감지하는 광검출기(photodetector)와 신호를 증폭하는 능동증폭기(active amplifier)로 구성됩니다.

CIS는 사진의 품질을 결정하는 핵심 부품입니다. 빛을 받아들여 전기 신호로 변환하는 역할을 한다는 점에서 특히 디지털 영상 기기에 많이 활용되는데요. 디지털 카메라, 스마트폰, 태블릿, 통신 장치 등이 대표적입니다.

아이소셀은 CIS 구성 화소에 모이는 빛을 최대한 활용할 수 있도록 센서의 구조를 혁신적으로 변화시킨 기술입니다. ‘격리하다(isolate)’와 ‘세포(cell)’가 합쳐진 어원처럼 픽셀(pixel) 각각의 테두리에 물리적 벽을 형성해 픽셀 간 간섭 현상을 줄임으로써 어두운 공간에서도 보다 깨끗한 이미지를 얻을 수 있답니다^^.

아이소셀에 대해 더 잘 살펴보기 위해 CIS에 적용되는 픽셀 기술부터 살펴보겠습니다.

픽셀 기술은 전면조사형(FSI, Front Side Illumination)에서 후면조사형(BSI, Back Side Illumination)으로 발전했습니다. 후면조사형은 웨이퍼를 뒤집어 얇게 가공, 후면에서 빛을 받아들이도록 한 방식입니다.

빛이 들어오는 경로가 짧고 많은 양의 빛을 받아들일 수 있어 전면조사형 방식보다 40% 이상 감도를 높여 영상 품질을 획기적으로 개선할 수 있습니다.

하지만 후면조사형은 많은 빛과 색상을 흡수해 이웃한 픽셀 사이에서 색상이 혼합될 수 있다는 게 문제였는데요.

▲아이소셀 기술 모식도

삼성전자가 최초로 도입한 아이소셀 기술은 후면조사형의 이 같은 한계를 극복했다는 점에서 의미가 있습니다. 앞서 설명 드린 것처럼 픽셀 간 장벽을 만들어 색상 혼합 문제를 해소했으니까요.

▲아이소셀(ISOCELL) 기술로 찍은 영상

그 결과, 픽셀 간 간섭 현상이 후면조사형보다 30% 이상 줄어 이미지의 색상 재현성을 높였습니다. 또한 수광면적이 30% 늘어나 어두운 환경에서도 보다 선명하고 깨끗한 이미지를 얻을 수 있게 됐습니다.

 
CIS와 아이소셀은 추억의 흔적을 좀 더 선명하고 깨끗하게 남길 수 있도록 돕는다는 공통점을 갖는데요. 삼성전자는 디지털 시대에도 변함없이 아날로그적 정취를 되살릴 수 있도록 더욱 노력하겠습니다^^.

삼성전자가 업계 최초로 기존 CMOS 이미지 센서의 성능한계를 뛰어넘는 차세대 신기술 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 개발에 성공했습니다.

CMOS 이미지 센서의 ‘광효율’을 크게 높여 기존 센서 한계 극복

‘아이소셀’이란 CMOS 이미지 센서를 구성하는 화소에 모이는 빛을 최대한 활용할 수 있도록 센서의 구조를 혁신적으로 변화시킨 기술인데요.

일반적으로 이미지의 화질은 센서를 구성하는 각 화소(Pixel)에 모이는 빛의 양에 많은 영향을 받습니다.

최근 CMOS 이미지 센서의 칩 크기는 작아지고 화소 수는 늘어나 화소의 크기가 계속 작아지고 있는데, 작은 화소일수록 충분한 빛을 흡수하기 어려워 CMOS 이미지 센서의 기술은 ‘수광율’을 높이는 방향으로 발전해 왔습니다.

기존의 이면조사형(BSI: Back Side Illumination) 센서는 ‘수광부’를 센서의 가장 윗 부분으로 옮겨 ‘수광율’ 을 높여 왔으나 이 역시 화소의 크기가 계속 작아짐에 따라 최근 한계에 봉착했는데요.

 수광율 : 이미지 센서가 빛을 받아들이는 정도
 수광부 : 빛을 받아들이는 부분

이번에 삼성전자가 개발한 ‘아이소셀’은 화소와 화소 사이에 절연부를 형성해 인접한 화소들을 서로 격리시키는 새로운 구조로 각 화소에 들어온 빛이 주변 화소에 영향을 주는 ‘간섭현상’을 최소화해 빛의 손실을 줄인 것이 특징입니다.

이에 ‘아이소셀’을 적용한 이미지 센서는 기존의 이면조사형 센서 대비 ‘수광면적’이 30% 가량 증가해 어두운 환경에서도 보다 선명한 이미지를 구현하고 깨끗한 이미지를 얻을 수 있습니다.

 수광면적(FWC, Full Well Capacity)
센서 내 화소에서 빛을 받아들이는 부분으로, 면적이 증가할수록 수광율이 올라가 좋은 화질의 이미지 확보가 용이합니다.

또한 기존 대비 ‘간섭현상’도 30% 이상 감소돼 이미지의 색상 재현성을 높였고, 센서의 두께를 줄여도 충분한 빛을 확보할 수 있어 슬림한 모듈을 만들 수 있습니다.

 ‘아이소셀’ 적용한 1/4인치 800만 화소 샘플 칩 출시

삼성전자는 올해 1월 ‘아이소셀’ 기술에 대한 특허를 출원했으며 이를 적용한 1/4인치 800만화소 CMOS 이미지 센서 ‘S5K4H5YB’를 4분기부터 본격 생산합니다.

현재 삼성전자는 모바일용 CMOS 이미지 센서 부문에서 5년 연속 업계 1위를 지키고 있으며 미러리스 카메라, 노트북 등 다양한 어플리케이션으로 사업영역을 확장하고 있는 가운데 차세대 ‘아이소셀’ 기술 개발로 시장 리더십을 더욱 강화할 계획입니다.

 “이번 아이소셀 기술은 기존 CMOS 이미지 센서의 한계를 극복한 혁신적인 기술입니다. 아이소셀 기술을 적용한 센서를 통해 더 높은 수준의 화질을 원하는 소비자들의 요구를 만족시켜 나갈 것입니다.”

– 삼성전자 시스템LSI 마케팅팀 김태훈 상무

▲BSI와 ISOCELL 이미지 비교 모습