‘듀얼픽셀 CMOS 이미지센서’ 장영실상 수상

모바일 기기가 눈에 띄게 발전함에 카메라 성능의 중요성도 함께 높아졌는데요. 삼성전자는 지난해 ‘듀얼픽셀’ 기술을 적용한 1,200만 화소(픽셀) 모바일 이미지 센서를 양산하며 스마트폰 카메라의 성능을 한층 업그레이드했습니다.

삼성전자의 ‘듀얼픽셀 CMOS 이미지센서’는 지난 17일 대한민국 최고 권위의 산업 연구상 ‘IR52 장영실상’ 시상식에서 2017년 제13주차 수상의 영광을 안았는데요. 그 현장 속으로 함께 가보실까요?

전자기기의 ‘눈’ 역할을 하는 이미지센서

이미지센서란 영상신호를 저장, 전송해 디스플레이 장치로 촬영한 사진을 볼 수 있게 만들어주는 반도체인데요. 이 반도체는 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛(영상 정보)을 전기적 디지털 신호로 변환해주는 역할을 합니다. 디지털카메라뿐만 아니라 스마트폰, 태블릿 등 촬영 기능을 가진 다양한 모바일 기기에 탑재되는 핵심 부품이죠.

• DSLR 수준으로 촬영이 가능한 듀얼픽셀 CMOS 이미지 센서

삼성전자의 듀얼픽셀 CMOS 이미지센서는 아이소셀 기술 기반 1.4㎛의 대형 화소에 ‘듀얼픽셀’ 기술을 적용했습니다. 일반적으로 화소(픽셀)에는 빛을 모으는 포토 다이오드가 한 개 있는데, ‘듀얼픽셀’에는 하나의 화소에 두 개의 포토다이오드가 집적되어 있습니다. 포토다이오드가 두 개면 어떤 점이 좋을까요? 사람이 양쪽 눈을 이용해 정확하고 빠르게 초점을 맞추는 것처럼, 하나의 화소 안에 들어있는 두 개의 포토다이오드가 각각 인식한 빛을 비교해 위상차를 검출, 두 빛 간 거리가 맞도록 조절해 초점을 맞출 수 있습니다.

기존 모바일 이미지센서는 전체 화소 중 일부(5% 이하)만 위상차 인식 AF(Auto Focus, 자동 초점) 화소를 갖췄으나, ‘듀얼픽셀 CMOS 이미지 센서’는 모든 화소(1200만 개)가 위상차 검출을 지원해 고속으로 초점을 맞출 수 있습니다. 이는 모바일에서도 DSLR 카메라 수준의 자동초점 기능을 구현해 스마트폰 사용자들이 어두운 환경에서도 빠르게 움직이는 피사체를 흔들림 없이 포착, 선명한 이미지를 촬영할 수 있게 합니다.

또한 두 개의 포토다이오드 사이에 빛 간섭 현상을 최소화하기 위해 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 기술을 적용했는데요. 아이소셀 기술은 화소와 화소 사이에 물리적인 벽을 형성해 인접한 화소를 서로 격리시키는 구조입니다. 따라서 다른 화소의 색이 침입함으로써 생기는 컬러 노이즈를 줄여 보다 깨끗한 이미지를 얻을 수 있습니다.

“기존과 다른 개념의 듀얼 센서, 개발 과정 힘들었지만 차별화된 기술 경쟁력 갖추게 됐죠.” 

IR52 장영실상 시상식에는 ‘듀얼픽셀 CMOS 이미지센서’ 개발을 맡은 주역들이 한자리에 모였습니다. 이른바 ‘듀얼픽셀 CMOS 이미지센서’ 개발 어벤저스인데요. 이들은 이번 IR52 장영실상 수상이 “고생했던 날들을 위로해 주는 것 같다”라며 개발 과정의 에피소드를 전했습니다.

“’듀얼픽셀’은 기존 센서와 다른 개념이다 보니 벤치마킹할 기술도 충분치 않았습니다. 듀얼픽셀 기술을 개발하는 과정에서 예상치 못한 문제점들도 있었고 이를 단기간에 해결하는 과정이 매우 힘들었습니다. 하지만 지속적인 노력을 기울인 끝에 노하우를 축적해 이상적인 구조를 만들었고, 삼성 고유의 듀얼픽셀 기술 경쟁력을 갖추게 되었습니다”

“사람의 ‘눈’에 더욱 가까운 디지털 ‘눈’을 개발하겠습니다”

삼성전자 문창록 상무는 IR52 장영실상을 수상한 이유를 “이미지 센서를 사람의 ‘눈’에 가깝게 구현한 것에 대한 성과를 인정받았기 때문”이라고 꼽았는데요.

“길지 않은 시간에 새로운 개념의 픽셀 공정을 성공적으로 개발, 양산하는 데까지 업무에 매진한 모든 임직원에게 감사의 말씀을 드립니다. 앞으로도 듀얼픽셀 미세화를 통해 고화소 센서를 개발해 나가겠습니다. 삼성 고유의 듀얼픽셀 기술과 첨단 반도체 공정 기술이 이를 가능하게 할 것입니다. 지속적인 개발로 사람의 ‘눈’에 더욱 가까운 디지털 ‘눈’을 개발하겠습니다.”

사람들의 소중한 순간을 생생하게 담을 수 있는 이미지센서를 개발하기 위해 노력하는 삼성전자 반도체인의 활약은 계속됩니다!