삼성전자가 플래그십 이미지센서 3종을 공개하며 스마트폰 카메라 시장 트렌드 선도에 나선다.

스마트폰 카메라에 대한 소비자들의 눈높이가 높아짐에 따라, 메인 카메라뿐만 아니라 초광각, 망원 등 서브 카메라의 화질, 성능 향상에 대한 요구가 높아지고 있다.

삼성전자는 스마트폰의 메인 카메라와 서브 카메라에 다양하게 적용할 수 있는 첨단 이미지센서 3종을 통해 카메라 화각에 상관없이 일관된 사용자 경험을 제공한다는 계획이다.

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☐ 업계 최초 망원용 2억 화소 모바일 이미지센서 ‘아이소셀 HP9’

‘아이소셀 HP9’은 0.56㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억개를 1/1.4″(1.4분의 1인치) 옵티컬 포맷에 구현한 망원용 이미지센서 제품이다.

* 옵티컬 포맷(Optical Format): 이미지 센서 규격으로 카메라 모듈에서 외부 렌즈가 영상을 맺히게 하는 영역의 지름(Diagonal size)을 인치(Inch)로 변환한 값

‘아이소셀 HP9’은 삼성전자가 신규 소재를 적용해 독자 개발한 고굴절 마이크로 렌즈를 활용해 빛을 모으는 능력을 향상시켜 각 컬러 필터에 해당하는 빛 정보를 더욱 정확하게 전달할 수 있다.

* 고굴절 마이크로 렌즈: 외부로부터 들어온 빛을 모으는 역할을 하는 마이크로 렌즈의 집광 능력을 향상시켜 각 컬러 필터를 통과하는 빛 정보를 적은 손실로 정확히 포토 다이오드에 전달 가능  

이를 통해 전작 대비 약 12% 개선된 감광 능력(SNR 10)과 약 10% 향상된 ‘자동초점 분리비(AF Contrast)’ 성능으로 더욱 선명한 색감 표현이 가능하다.

특히 ‘아이소셀 HP9’은 저조도 환경에서 상대적으로 취약한 망원 카메라의 감도를 개선하였으며, 인접 픽셀 16개(4×4)를 묶은 ‘테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra²pixel)’ 기술을 적용해 12Mp(Megapixel) 빅픽셀(2.24㎛) 인물 모드에서 저조도 감도 향상 뿐만 아니라 드라마틱한 아웃포커싱 효과인 보케(Bokeh)를 경험할 수 있다.

프리미엄 스마트폰의 광각 카메라 옵티컬 포맷이 대형화되면서 1/1.4″ 이미지센서 또한 망원 모듈로 실장될 수 있고, 리모자이크 알고리즘 기반 2배 또는 4배의 센서 자체 줌 (In-Sensor Zoom) 모드를 지원해 3배 망원 모듈에 탑재시 최대 12배 줌까지 선명한 화질 구현이 가능하다.

‘아이소셀 HP9’은 화질, 자동 초점, HDR(High Dynamic Range) 및 FPS(Frames Per Second) 측면에서도 프리미엄 광각 센서에 준하는 성능으로, 망원 카메라로 활용시 모든 배율에서 더욱 선명한 화질 경험을 선사할 것으로 기대된다.

* HDR(High Dynamic Range): 여러 장의 이미지를 다른 노출로 촬영해 합성하는 기술

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☐ 새로운 픽셀 기술의 집약체, 이미지센서 ‘아이소셀 GNJ’

‘아이소셀 GNJ’는 1/1.57″(1.57분의 1인치) 크기의 옵티컬 포맷에 1.0㎛ 픽셀 5천만개를 구현한 ‘듀얼 픽셀’ 제품이다.

‘듀얼 픽셀’은 모든 픽셀이 두 개의 포토다이오드를 탑재해 초점을 맞추는 동시에 색 정보도 받아들일 수 있어 화질 손상 없이 빠르고 정확한 자동 초점 기능을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 센서 자체 줌(In-Sensor Zoom) 모드 동작시 비디오 모드에서 한층 선명한 화질 촬영과 함께 이미지 캡쳐 모드에서도 잔상과 모아레(Moire) 현상이 없는 선명한 해상력을 제공한다.

특히 프리뷰 모드에서는 전작 대비 약 29%, 비디오 모드에서는 4K 60fps 기준 약 34%의 소비 전력이 개선됐다.

‘아이소셀 GNJ’는 ‘고굴절 마이크로 렌즈’와 함께 삼성전자가 신규 개발한 ‘고투과 ARL’ 소재를 적용해, 어두운 부분에도 선명한 화질을 제공하도록 개선했다.

* 고투과 ARL(Anti-Reflective Layer): 컬러 필터를 투과한 입사광을 최대화하기 위해 반사 또는 산란되는 광량을 줄이고 투과율을 높이는 기술

또한, ‘아이소셀 GNJ’는 픽셀과 픽셀 사이 격벽 DTI 물질을 폴리 실리콘(Poly Si)에서 산화물(Oxide)로 변경해 투과된 빛의 손실을 줄이고 픽셀 간 간섭 현상을 줄여 더욱 선명한 이미지를 구현했다.

* DTI(Deep Trench Isolation):  픽셀과 픽셀 사이에 절연부를 형성해 인접한 화소들을 서로 격리시켜 픽셀 간 간섭 현상을 줄이는 기술

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☐ 모든 화각에서 일관된 카메라 경험 선사하는 ‘아이소셀 JN5’

‘아이소셀 JN5’는 1/2.76″(2.76분의 1인치) 크기의 옵티컬 포맷에 0.64㎛ 픽셀 5천만개를 구현한 제품이다.

‘아이소셀 JN5’는 ‘Dual VTG(Dual Vertical Transfer Gate)’ 기술을 도입해 픽셀에 들어온 빛이 변환된 전하의 전송 능력을 높이고 극 저조도에서의 노이즈 특성을 대폭 개선하여 어두운 곳에서도 한층 선명한 화질을 선사한다.

* Dual VTG(Dual Vertical Transfer Gate): 포토다이오드에서 회로로 전자를 이동시키는 수직 구조의 게이트를 2개 배치해 전자 신호 전달 효율을 극대화하는 기술

또, 좌/우, 상/하의 위상차를 모두 이용하는 위상차 자동 초점 기술인 ‘슈퍼 QPD(Quad Phase Detection)’기술을 적용해 빠르게 움직이는 피사체의 작은 디테일까지도 흔들림 없이 포착할 수 있다.

‘아이소셀 JN5’는 HDR 기능을 강화한 ‘듀얼 슬로프 게인(Dual Slope Gain)’ 기술도 적용됐다.

‘듀얼 슬로프 게인’ 기술은 픽셀에 들어온 빛의 아날로그 정보를 서로 다른 2개의 신호로 증폭하고 이를 디지털 신호로 변환해 하나의 데이터로 합성하는 기술로, 센서가 표현할 수 있는 색의 범위를 넓혀 준다.

이 밖에도 하드웨어 리모자이크 알고리즘을 적용해 카메라 촬영 속도가 향상됐고, 프리뷰와 캡쳐 모드에서 실시간 줌 동작이 가능하다.

* 하드웨어 리모자이크 알고리즘(Hardware Re-mosaic Algorithm): 컬러 픽셀을 재정렬해 디테일을 살리는 기술로, 픽셀을 기존 RGB 패턴으로 다시 맵핑해 풍부한 디테일을 살려내는 알고리즘

‘아이소셀 JN5’는 1/2.76″의 얇은 옵티컬 포맷으로 범용성이 매우 높아 광각과 초광각 카메라는 물론 전면(Front)과 망원 카메라에도 채용될 수 있어 모든 화각에서도 일관된 카메라 경험을 선사한다.

삼성전자 시스템LSI사업부 Sensor사업팀 이제석 부사장은 “전통적인 이미지센서의 성능을 고도화하는 것은 물론, 메인과 서브 카메라의 격차를 줄여 모든 화각에서 일관된 촬영 경험을 선사하는 것이 업계의 새로운 방향으로 자리잡고 있다”며 “삼성전자는 최신 기술이 집약된 새로운 모바일 이미지센서 라인업을 통해 업계 표준을 리드하고, 센서 혁신 기술 개발을 지속해 한계를 돌파해 나갈 것”이라고 밝혔다.

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손 떨림과 어두운 환경 때문에 사진을 찍기가 두렵다고? 이제 그런 걱정은 하지 않아도 된다. 언제 어디서나 원하는 순간을 확실하게 담아낼 수 있는 삼성전자 반도체의 초고화소 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL)’이 있기 때문. 전문가가 알려 주는 가장 완벽한 촬영법, 위 영상을 통해 포착해 보자.

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이미지센서가 사진과 동영상의 품질을 결정하는 스마트폰의 핵심 부품으로 주목받고 있습니다. 올해 2월, 새롭게 선보인 ‘갤럭시 S23 울트라’에 아이소셀 HP2 이미지센서가 탑재되면서, 특별한 순간을 섬세하게 기록해주는 2억 화소 이미지센서의 성능이 특히나 각광받고 있는데요. 이러한 성능을 입증하기 위해 삼성전자가 나섰습니다. 낡고 평범한 포토부스를 2억 화소 이미지센서로 해킹한 것이죠. 런던에 위치한 세계에서 가장 상징적인 옥외 광고판 중 하나를 활용한 이번 이벤트 내용은 무엇이었을까요?

삼성전자가 포토부스 즉석사진 카메라에 2억 화소 이미지센서를 설치해, 런던 피카딜리 서커스 광장에 위치시켰습니다. 포토부스를 방문한 사람들이 초고화소 사진의 디테일을 체험할 수 있도록 하기 위해서였는데요.

사진 출력을 기다리던 사람들이 받아 든 것은 사진이 아닌 “위를 보세요.” 라고 적힌 작은 카드였습니다. 그들이 위를 올려다본 순간, 놀라운 광경이 펼쳐졌습니다.

방금 찍은 사진이 세계에서 가장 상징적인 옥외 광고판 중 하나인 피카딜리 서커스 초대형 스크린에 놀라운 크기로 펼쳐지고 있었던 것이죠. 가로 약 45미터, 세로 약 18미터에 달하는 광고판에는 개성 있는 모습과 포즈들을 담은 사람들의 사진이 이어졌습니다.

특히 2억 화소 사진의 엄청난 디테일을 보여주기 위해 사진을 극단적으로 확대하기도 했는데요. 개성 가득한 표정, 눈, 미소, 장신구 등의 세밀함이 더욱 극적으로 드러났습니다. 이벤트 진행 과정과 현장의 분위기를 아래 영상을 통해 만나보세요!

이벤트에 참여한 영국의 테크 인플루언서이자 크리에이터인 GadgetsBoy는 스크린에 걸린 자신의 사진을 공유하며, “바로 이것이 앞으로의 스마트폰이 가질 수 있는 능력”이라고 말했습니다. 이처럼 참가자들은 초고해상도 이미지센서가 얼마나 더 섬세한 사진을 제공해줄 수 있는지를 직접 체험하고, 그 경험을 공유했는데요.

특히나 세계에서 가장 상징적인 옥외 광고판 중 하나를 이벤트에 활용했던 점이 크리에이터들에게는 더 특별한 경험으로 다가왔습니다. 그들은 이번 이벤트가 평생에 한 번밖에 없는 경험이라고 말하며 그 순간을 공유했고, 소셜미디어에서 뜨거운 반응을 불러일으켰습니다.

삼성전자는 앞으로도 소비자들이 소중하고 특별한 순간을 전례 없는 디테일로 기록할 수 있도록, 아이소셀 이미지센서의 혁신을 계속해나갈 계획입니다.

*표시된 모든 이미지는 제품으로 촬영된 이미지를 정확하게 재현하지 않을 수 있습니다. 일부 이미지는 디지털 방식으로 편집, 수정 또는 보정되었습니다.

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스마트폰을 구매할 때 가장 중요하게 고려하는 요소 중 하나, 바로 카메라 성능입니다. 스마트폰 카메라의 성능은 이미 전문가가 아닌 사람들도 상당 수준의 사진과 영상을 제작할 수 있는 정도로 발전해왔는데요. 이들 카메라의 성능은 이미지센서의 기술력에 달려 있다고 볼 수 있습니다. 이미지센서는 각종 전자 기기에서 사람의 눈과 같은 역할을 하는 반도체로, 렌즈를 통해 들어온 빛을 받아 이를 디지털 신호로 변환해 이미지로 보여줄 수 있도록 합니다.

삼성전자는 지난 2021년에 업계 최초로 픽셀 2억 개를 탑재한 2억 화소 이미지센서를 선보인 이래, 2022년에는 업계 최소 크기의 픽셀로 구성한 2억 화소 이미지센서를 내놓는 등, 초고화소 이미지센서 분야를 선도하는 제품을 꾸준히 출시하며 시장을 이끌고 있는데요. 2023년 1월에는 0.6㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억 개를 탑재한 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL) HP2’를 출시했습니다. 아이소셀 HP2는 삼성전자 반도체의 최신 초고화소 센서 기술을 집약한 제품으로, 지난 2월 1일에는 아이소셀 HP2가 탑재된 ‘갤럭시 S23 울트라’가 공개되기도 했습니다. 꾸준한 연구개발의 결과로 탄생한 첨단 기술과 노하우를 모두 모은 아이소셀 HP2, 어떤 특징이 있을까요?

*아이소셀 HP2 보도자료 보러가기 ☞ https://bit.ly/3JCZWDT

개발과 설계, 마케팅 담당자가 직접 들려주는 아이소셀 HP2 이야기

아이소셀 HP2는 어떤 과정을 통해 탄생했을까요? Sensor사업팀 Pixel개발팀 이경호 상무, Sensor설계팀 이승진 PL, Sensor마케팅팀 최소윤 님을 만나 자세한 이야기를 들어봤습니다.

Q. 아이소셀 HP2만의 차별화 포인트는 무엇인가요? 이를 구현하기 위해 어떤 기술이 새롭게 개발됐는지도 궁금합니다.

이경호 상무: 아이소셀 HP2는 기존 갤럭시S 시리즈에 탑재되었던 1억 800만 화소 센서보다 픽셀 크기를 약 56% 정도로 줄이면서도 화질은 유지하고, 전 화소에서 Auto Focus 동작을 구현하기 위해 픽셀 저장 용량을 획기적으로 늘려야 했는데요. 이를 위해 개발된 신기술이 ‘듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트’입니다. 이는 포토다이오드에 축적한 많은 양의 전하를 두 개의 게이트를 통해 회로에 효율적으로 전달하는 기술인데요, 잔상 없는 이미지와 높은 Dynamic Range(밝기의 범위)를 구현할 수 있는 것이 장점입니다. 이 기술 개발로 반도체 분야 최고 학회 중 하나인 VLSI (Very Large Scale Integrated Circuit)에서 발표하는 영예와 함께, 삼성 논문상 수상, DS 논문상까지 수상할 수 있었습니다.

이승진 PL: 설계 관점에서는 아이소셀 HP2의 높은 화소수와 Frame rate(프레임 속도: 연속된 이미지들을 촬영하거나 재현하는 속도의 비율)을 구현하기 위해 매우 빠른 속도로 동작할 수 있는 회로 디자인이 요구되었습니다. 특히 정확한 수치를 밝힐 수는 없지만, ADC(Analog-to-Digital Conversion)의 큰 폭의 증가가 꼭 필요했는데요. 제조 공정이 미세화됨에 따라 기존의 회로 레이아웃으로는 이를 구현하는 것이 불가능했습니다. 저희 설계 담당자들은 이를 극복해낼 수 있는 기술을 고안해 아이소셀 HP2 제품에 최초로 적용함으로써, ADC 간의 불일치가 발생할 수 있는 시나리오들을 사전에 예측하고 해결할 수 있었습니다. 그 결과로 이미지센서의 성능과 신뢰성에 있어 목표한 바를 모두 달성해낼 수 있었고요.

Q. 2억 화소 이상의 초고화소 제품 개발을 위해 픽셀이 점점 미세화되고 있는데요. 높아지는 기술 난이도에도 불구하고 초고화소 제품을 계속 개발하는 이유는 무엇인가요? 초고화소의 한계점을 어느 정도로 보시는지도 궁금합니다.

이경호 상무: ‘More pixels, Epic details’ 그리고 ‘Beyond Human Eye’가 초고화소 제품을 지속해서 개발해가는 이유입니다. 사람 눈의 최대 유효 화소 수가 약 5억 7,600만 화소로 알려져 있는데, 그 이상을 추구하고 있습니다. 픽셀 미세화가 한계에 봉착했다는 말은 오래전부터 있어왔지만 삼성전자는 아이소셀 기술을 계속 발전시켜 왔고, 앞으로도 기술의 한계는 없다고 생각하고 혁신 기술을 개발해가고 있습니다. 이러한 노력을 통해, 궁극적으로 모바일 기기 사용자들이 소중한 순간들을 마치 눈으로 보는 것처럼 생생하고 선명하게 기록하는 카메라 경험을 누릴 수 있을 것으로 기대합니다.

Q. 초고화소 이미지센서 제품을 개발할 때, 화질을 평가하고 개선해 나가는 방식이 궁금합니다.

이승진 PL : 아이소셀 HP2는 2억 화소 사진 촬영은 물론이고, 5천만 화소 모드에서의 사진과 8K 비디오 촬영, 그리고 1,200만 화소 모드를 활용한 촬영과 프리뷰 지원 등 매우 다양한 촬영 모드를 지원합니다. 이를 위해 적용된 기술이 테트라 스퀘어드 픽셀인데요. 이 기술에서는 RGB Bayer Pattern 출력을 위해 픽셀들을 다시 배열하는 리모자이크(Re-mosaic) 변환 시의 화질이 매우 중요합니다. 이에 필요한 화질 평가를 철저히 하기 위해, 개발 초기 알고리즘 단계부터 전문가들과 함께 화질 평가 항목에 대한 객관화된 수치적 결과와 시인성 관점에서의 결과를 개선해 나가고 있습니다.

Q. 2억 화소의 실제 화질을 검증한 당사자로서 아이소셀 HP2의 화질을 어떻게 평가하시는지 궁금합니다.

이경호 상무: 현재까지 우리가 출시한 2억 화소 이미지센서 제품 중 최고라 말할 수 있을 것 같습니다. 미세한 픽셀 하나하나에 담을 수 있는 전자 용량을 획기적으로 늘려 2억 화소에서 가능한 최고 화질을 구현했습니다. 또 5,000만 화소와 1,200만 화소 동작 시에도 노이즈를 줄이는 아키텍쳐로 개발함으로써 밝은 환경은 물론 어두운 환경에서도 우수한 화질을 얻을 수 있습니다.

또한 2억 개의 픽셀이 모두 Auto Focus 기능에 활용되기 때문에 초점을 빠르고 정확하게 잡을 수 있고, 픽셀 당 전자 용량을 높였기 때문에 HDR 성능도 매우 좋아졌습니다.

Q. 초고화소 이미지센서가 실제 사용자들의 카메라 경험에 주는 베네핏은 무엇인가요?

최소윤 님: 가장 큰 장점은 사용자에게 사진과 영상 촬영을 위한 다양한 선택지와 경험을 제공할 수 있다는 점입니다. 2억 화소 제품은 기본 동작이 1,200만 화소 모드로, 사용자의 기호 또는 조도 환경에 따라 5,000만 화소 또는 2억 화소 이미지까지 다양하게 촬영할 수 있는 옵션을 제공합니다. 아이소셀 HP2는 2억 화소 이미지센서로서 조도 조건에 따라 인접한 4개나 16개의 픽셀을 묶어 사용할 수 있는 ‘테트라 스퀘어드 픽셀’ 기술을 지원하기 때문에 빅 픽셀 제품의 강점인 저조도 환경에서의 밝고 선명한 사진 촬영도 가능한 동시에 섬세한 디테일까지 제공합니다.

또한, 이제 4K(약 800만 화소) 시대를 넘어 8K(약 3,300만 화소) 시대가 본격적으로 열리고 있는데요. 초고화소 이미지센서로 더 밝고 화각 손실이 적은 고퀄리티의 8K 영상을 손안에서 손쉽게 촬영할 수 있습니다.

Q. 향후 초고화소 이미지센서 시장은 얼마나 성장할까요?

최소윤 님: 시장조사기관들의 예측에 따르면 1억 화소 이상의 이미지센서 시장은 올해부터 2026년까지 약 20% 이상의 연평균 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 삼성전자는 아이소셀 HM3(1억 800만 화소), HP1(2억 화소), HP3(2억 화소), HP2(2억 화소) 등의 제품 라인업을 통해 초고화소 이미지센서 시장에서 리더십을 더욱 공고히 다질 예정입니다.

Q. 앞으로 이미지센서 기술은 어떤 방향으로 발전하게 될까요? 시장에서 초고화소 제품군은 어떤 전망을 보이는지, 삼성전자의 개발 방향에 대해서도 궁금합니다.

이경호 상무: 이미지센서는 화질이 가장 중요하며, 앞으로 양자 효율을 높이기 위한 새로운 소재와 구조, 잡음을 줄이는 트랜지스터 기술, 알고리즘 기술이 개발될 것입니다. 또한, High Dynamic Range 표현력 향상, 더욱 빠른 처리 속도 구현, 나아가서 사람의 눈으로 보는 것 이상으로 선명하고 디테일한 해상도를 갖추는 기술 등이 지속 발전할 것입니다.

최소윤 님: 삼성전자 아이소셀은 빅 픽셀과 미세 픽셀의 투 트랙(Two Track) 전략을 유지하면서 시장 트렌드에 맞는 제품을 기획하고 개발하는 노력을 지속할 예정입니다. 스마트폰에 탑재되는 카메라 개수나 화소 개수는 시장 전반적으로 성장해 있는 상태이지만, 앞으로 사용자들에게 차별화된 경험을 제공하기 위해서는 같은 화소나 픽셀 사이즈이더라도 더 뛰어난 저조도 성능 및 HDR 성능이 관건이 될 것으로 예상됩니다. 이대로라면 디테일 표현뿐만 아니라 dynamic range나 색 재현력 등의 관점에서도 곧 실제 사람의 눈으로 보는 것 같은 어마어마한 이미지센서가 개발되지 않을까요?

이승진 PL: 최근 UX 관점에서의 중요한 화두는 HDR(High Dynamic Range)인데요, 이를 위해 여러 방면의 관련 기술이 연구, 개발되고 있습니다. HDR은 이미지센서에서 화소 수와 함께 가장 중요하게 꼽히는 요소이고, 앞으로도 지속적으로 성능이 향상될 것으로 예상됩니다.

Q. 앞으로 이미지센서의 응용처는 어떤 방향으로 다변화될까요? 모바일 기기, 차량 외에도 기대되는 분야가 있는지요?

최소윤 님: 앞으로 이미지센서가 사용될 응용처는 무궁무진합니다. 삼성전자의 아이소셀 라인업은 모바일 기기나 차량용 이미지센서 외에도 AR, VR, 노트북, 태블릿 PC 기기를 위한 신제품을 계속해서 준비하며 시장 확대를 추진하고 있습니다.

한계 속에서 창조해낸 혁신 기술, 그리고 그 너머를 내다보다

세상에 없던 기술을 만들어내고 알리는 데에 쉬운 길은 없습니다. 아이소셀 HP2가 탄생하기까지 각 분야의 담당자들은 어떤 난관을 극복했을까요? 그리고 이들이 꿈꾸는 초고화소 이미지센서의 미래는 어떤 모습일까요?

Q. 제품이 개발되어 출시되기까지 특별히 중점을 둔 포인트는 무엇이었나요? 업무 중 어려웠던 부분이나 고비가 있었다면 어떻게 극복하셨는지도 궁금합니다.

이경호 상무: 플래그십 갤럭시 제품에 아이소셀 HP2를 탑재하게 되었기 때문에, 성능은 물론 모든 측면에서 문제가 없도록 해서 고객이 최고의 제품을 만들 수 있게 지원해야 한다는 책임감이 컸습니다. 쉽지만은 않았지만, 관련된 모든 부서들과 긴밀히 협력하고 소통하면서 문제를 풀어갔습니다.

이승진 PL: 고객이 요구하는 성능 목표에 도달하려면 개발 일정을 준수하는 것이 매우 어려운 상황이었는데요. 개발 목표를 전략적으로 이원화해 수행함으로써 약속한 일정도 준수하고, 성능도 목표 수준으로 달성할 수 있었습니다. 일정에 맞춰 도전적인 개발 과제를 완수하기 위해 팀원 모두가 힘든 부분들도 있었지만, 서로 돕고 의지하며 극복할 수 있었습니다.

최소윤 님: 아이소셀 HP2는 홍보에도 많은 공을 들였는데요. ‘제품에 적용된 어려운 신기술들을 어떻게 하면 쉽게 사용자들에게 설명할 수 있을까’를 깊이 고민했습니다. 새로운 기술이 많은데, 어려운 개념들을 풀어서 설명해야 하는 것이 난관이었죠. 저도 문과생 출신으로서 이해하기 어려운 부분도 많았지만, 그렇기에 오히려 대중이 이해하기 쉬운 단어로 기술과 개념을 표현할 수 있었던 것 같습니다.

Q. 이미지센서 사업과 관련해 기대되는 점은 무엇인가요? 앞으로의 다짐에 대해서도 들려주세요.
이경호 님: 우리의 아이소셀로 이미지센서 시장을 선도해 나가고자 합니다. 열심히 뛰겠습니다. 많이 응원해주십시오.

이승진 PL: 모바일뿐만 아니라 Automotive 등 다양한 제품군으로 사업을 확장해 진정한 이미지센서 리더로 성장하길 기대합니다.

최소윤 님: 누구나 간편하게 전문가처럼 완성도 높은 사진을 찍을 수 있도록, 마치 눈으로 직접 보는 것처럼 생생한 사진과 영상을 촬영할 수 있도록 좋은 품질의 이미지센서를 선보이고 싶습니다.

Q. 이미지센서 사업과 관련된 업무를 하고 싶어 하는 후배나, 삼성전자 입사를 희망하는 학생, 취업 준비생들에게 해주고 싶으신 말씀이 있다면요?

이경호 상무: 최근 이미지센서는 극저조도 화질까지 확보해야 해서 광학뿐만 아니라 잡음을 줄이는 반도체 소자 기술도 매우 중요시되고 있습니다. 따라서 광학 분야 외에도 여러 반도체 소자 분야의 전문가들이 역량을 펼칠 수 있습니다. 가능성이 무궁무진한 이미지센서 개발에 많이 지원해주세요.

최소윤 님: 이미지센서는 우리가 늘 사용하는 스마트폰에 여러 개씩 달려 있는 친숙한 반도체입니다. 너무 어렵게 생각하지 않으셨으면 좋겠고, 미래의 스마트폰 카메라를 기획하고 아이디어를 내고 싶다면 누구나 부담 없이 마케팅 업무에 지원하시면 좋겠습니다. 그리고 삼성전자 아이소셀은 스마트폰을 넘어 응용처를 다양하게 확대해 나갈 계획이기 때문에, 넓은 시야로 시장을 개척할 포부가 있는 분들 모두를 환영합니다.

이승진 PL: Sensor사업팀은 현재 모바일 센서뿐만 아니라 차세대 센서 등 다양한 센서를 개발하고 있습니다. Analog, Digital, Pixel, Optic, 공정 등 다양한 분야의 전문가가 함께 개발하고 있는데요. 본인 전공 분야 외 영역에 대해서도 폭넓은 지식을 동시에 향상시킬 수 있는 부서입니다. 더 높은 목표를 향해 도약의 발판을 마련하고 있는 Sensor사업팀과 함께하고 싶은 분들의 많은 지원을 응원합니다.

어떤 환경에서 촬영해도 전문가의 작품처럼 생생한 이미지, 눈으로 보는 것만큼 선명하고 디테일한 사진은 더 이상 꿈의 기술이 아닙니다. 새로운 기술에 대한 끊임없는 연구와 개발을 바탕으로 삼성전자 반도체의 초고화소 이미지센서는 지금 이 순간에도 진화하고 있습니다. 2억 화소를 넘어 사람 눈이 보는 그대로를 구현해낼 때까지, 삼성전자 반도체 이미지센서 아이소셀 시리즈에 많은 관심 부탁드립니다.

영상으로 만나보는 아이소셀 HP2의 눈부신 기술력

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삼성전자가 0.6㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억개를 탑재한 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL) HP2’를 출시했습니다.

이 제품은 최신 초고화소 센서 기술을 집약한 제품으로, 언제 어디서든 밝고 선명한 이미지 촬영을 지원합니다.

‘HP2’는 업계 최초로 ‘듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트(Dual Vertical Transfer Gate)’ 기술을 적용해 전하저장용량(Full Well Capacity)을 이전 2억 화소 제품 대비 최대 33%까지 높여 화질을 개선했습니다. 전하저장용량이 높아지면 각 픽셀이 더 많은 빛을 활용할 수 있어 기존보다 더욱 풍부한 색 표현이 가능합니다.

‘듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트’는 포토다이오드에서 회로로 전자를 이동시키는 수직 구조의 게이트 2개를 배치해 전자 신호 전달 효율을 극대화하는 기술입니다.

‘HP2’는 조도 조건에 따라 4개 또는 16개의 인접 픽셀을 묶어 수광 면적을 확대하는 ‘테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra²pixel)’ 기술도 적용했습니다.

이 기술을 통해 어두운 날씨 또는 실내와 같은 저조도 환경에서도 1.2㎛(5천만 화소) 또는 2.4㎛(1천2백50만 화소) 크기의 픽셀과 같은 수광 면적을 확보해 선명한 사진 촬영이 가능합니다.

또 HDR(High Dynamic Range) 기능 강화를 위해 기존 ‘스마트 ISO 프로’ 기술뿐 아니라 ‘듀얼 슬로프 게인(Dual Slope Gain)’ 기술도 새로 적용했습니다.

‘듀얼 슬로프 게인’은 픽셀에 들어온 빛의 아날로그 정보를 서로 다른 2개의 신호로 증폭하고 이를 디지털 신호로 변환해 하나의 데이터로 합성하는 기술로 센서가 표현할 수 있는 색의 범위를 넓혀줍니다.

삼성전자는 이 기술을 통해 업계 최초로 모바일AP의 지원 없이 이미지센서만으로 5천만 화소의 HDR 촬영이 가능하도록 구현해 이미지 처리 속도를 개선했습니다.

‘HP2’에는 2억개 화소를 모두 활용해 위상차 자동 초점 기능을 수행하는  ‘슈퍼 QPD(Quad Phase Detection)’ 기능도 탑재됐습니다. 거실 밝기(약 100룩스)보다 100배가량 낮은 밝기의 달빛 아래(약 1룩스)에서도 좌우뿐만 아니라 상하의 위상차를 이용해 빠르고 정확하게 초점을 맞출 수 있습니다.

이 밖에 딥 러닝(Deep Learning) 기반의 ‘리모자이크 알고리즘’을 적용해 초고화소 환경에서의 촬영 속도와 품질을 향상시켰습니다. ‘HP2’의 2억 화소 촬영 속도는 이전 제품 대비 2배가량 빨라졌으며, 초당 30 프레임의 8K 해상도, 120 프레임의 4K 해상도를 지원합니다. 특히 사진 촬영과 동일한 화각에서 초고해상도인 8K 영상 촬영이 가능한 것이 특징입니다.

삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀장 임준서 부사장은 “‘아이소셀 HP2’에는 삼성전자의 차별화된 초고화소 센서 기술과 노하우가 집약됐다”며 “고객 요구에 기반한 끊임없는 기술 혁신과 딥 러닝 기반의 화질 최적화 기술을 통해 지속 성장하고 있는 초고화소 이미지센서 시장에서 리더십을 더욱 강화할 것”이라고 말했습니다.

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우리는 일상 속에서 특별한 기념일, 중요한 날이면 스마트폰을 꺼내 들고 소중한 추억을 기록하곤 하죠. 맛집에서 음식을 먹고서, 인증샷이 없으면 어쩐지 허전한 기분이 들기도 하는데요. 혹시 어두운 조명, 역광 때문에 마음에 쏙 드는 인생샷을 건지지 못했던 적이 있나요? 경이로운 이미지 센서와 함께라면 그 어떤 환경에서도 최고의 사진을 남길 수 있답니다.

오늘의 인생맛칩 목적지는 2억 소리 나는 화소로, 영롱한 색감을 보장하는 이미지 센서 맛집입니다. 이미지 센서는 아이소셀(Isolate Cell)기술을 활용하여 빛을 깔끔하게 분리하며 노이즈 없는 사진, 아름다운 야경 사진을 담는 데 큰 역할을 하고 있죠.

오색찬란한 색감을 위해 ‘컬러 필터 도포 과정’을 거쳐서 탄생한 이미지는 고양이의 수염 한 올까지도 생동감 넘치게 구현한다고 하는데요. 보다 선명하고 특별한 일상으로의 시작, ‘인생 사진’을 위한 삼성전자 반도체의 여정이 궁금하다면, 지금 바로 영상을 통해 만나보세요!

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세계 최대 가전·IT 전시회 ‘CES 2023’이 올해도 어김없이 미국 라스베이거스에서 위대한 서막을 알렸습니다. 1월 5일(현지시각 기준)을 시작으로 4일 동안 열리는 이번 행사는 2020년 코로나 팬데믹 이후 열리는 역대 최대 규모의 대면 행사로 시작 전부터 많은 화제를 모았는데요. 최신 전자 제품과 미래 IT 기술이 총망라된 이곳에서 삼성전자 반도체는 어떠한 제품과 기술을 선보일까요?

메타버스, 디지털 헬스, 모빌리티 등 이번 CES 2023에서 주목하는 분야와 반도체는 사실 떼려야 뗄 수 없는 관계입니다. 자율주행 기술부터 인공지능(AI) 기반의 데이터 분석 서비스까지, 미래를 바꾸어 나갈 첨단 혁신 기술 대부분이 반도체 없이는 구현 불가능하다는 사실! 삼성전자 반도체는 IT와 전자 업계를 이끌고 있는 많은 고객들과 파트너 회사들을 위해 라스베이거스 앙코르 앳 윈 호텔(Encore At Wynn Hotel) 내 별도의 전시 공간인 ‘Samsung Semiconductor Showcase’를 마련, 남다른 기술력을 선보였다고 하는데요.

삼성전자 반도체의 첨단 기술력을 집약해놓은 공간, ‘Samsung Semiconductor Showcase’의 내부가 궁금하다면, 지금 영상을 클릭해보세요!

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삼성전자는 업계 최소인 0.56㎛ 크기의 픽셀 2억개를 탑재한 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL) HP3’를 공개하며, 초고화소 이미지센서 시장 선도에 나섰습니다.

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 됐습니다.

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

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

‘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 구현했습니다. 특히, 이번 제품은 사진 촬영과 동일한 화각에서 초고해상도 8K 영상 촬영을 지원하는 것이 큰 특징입니다.

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

또한, ‘HP3’에 탑재된 ‘스마트 ISO 프로’ 기능은 저감도(낮은 ISO) 이미지를 중감도(중간 ISO) 또는 고감도(높은 ISO) 이미지와 합성해 어두운 장면을 보다 세밀하게 표현하도록 지원합니다. 이전까지 저감도와 고감도 이미지를 합성했던 것에 비해 중감도 이미지도 활용할 수 있게 돼 상황에 최적화된 이미지를 제공합니다.

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

조도 조건에 따라 4개 또는 16개의 인접 픽셀을 하나로 묶어 촬영하는 독자기술 ‘테트라 스퀘어드 픽셀 (Tetra²pixel)’도 적용됐습니다. ‘테트라 스퀘어드 픽셀’은 저조도 환경에서 인접한 픽셀을 묶어 수광 면적을 4배, 16배로 확대해 보다 선명한 이미지를 제공합니다.

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 말했습니다.

삼성전자는 이번 제품을 연내 양산할 예정입니다.

[제품 주요 사양]

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최신 모바일 D램 내장 3단 적층 구조, 빠르게 대량 이미지 저장 가능

삼성전자는 이미지센서 내부에 2Gb(기가비트) D램(LPDDR4)을 적층하여 초고속 촬영 기능을 대폭 강화했습니다.

일반적인 이미지센서는 픽셀을 통해 빛을 받아들여 이를 아날로그 로직 칩을 통해 디지털 코드로 변환합니다. 이렇게 변환된 이미지는 모바일 프로세서에서 이미지 처리 작업을 거쳐 기기에 저장됩니다.

하지만 기존 방식으로는 이미지 센서와 모바일 프로세서간의 전송 대역폭 제약으로 초당 960프레임 수준의 대량 이미지를 실시간으로 전송할 수 없었습니다.

이번에 삼성전자가 출시한 ‘ISOCELL Fast 2L3’는 이미지센서와 모바일 프로세서간의 전송 대역폭 한계를 극복하기 위해 아날로그 로직 층 아래 별도의 모바일 2Gb D램을 추가한 3단 적층구조입니다.

초고속 촬영시 발생하는 방대한 프레임 데이터를 내장된 D램으로 먼저 빠르게 저장한 뒤 모바일 프로세서로 처리하기 때문에 센서와 프로세서간 대역폭 제약을 극복할 수 있게 됐습니다.

‘ISOCELL Fast 2L3’을 탑재한 스마트기기는 초당 960 프레임의 슈퍼 슬로우 모션은 물론 120분의 1초의 짧은 순간도 촬영할 수 있어 빠르게 움직이는 피사체도 젤로현상(Jello Effect)이나 이미지 왜곡 없이 촬영할 수 있습니다.

또한 어두운 곳에서도 선명한 사진을 찍기 위한 3D 노이즈 감소 (3 Dimensional Noise Reduction), 어두운 실내나 역광 상태에서도 풍부한 색감을 구현할 수 있는 실시간 HDR(High-Dynamic-Range)등 이 가능합니다.

듀얼픽셀 기반 위상 검출 자동 초점 기술 적용

이외에도 1.4㎛, 1천2백만 화소로의 삼성전자 ‘ISOCELL Fast 2L3’은 듀얼 픽셀 기반으로 정확한 위상 검출 자동초점(phase detection auto-focus, PDAF) 기술이 적용되어 다양한 촬영환경에서도 빠르고 정확한 오토포커스가 가능합니다.

삼성전자 System LSI사업부 마케팅팀 허국 상무는 “아이소셀 이미지센서는 고품질 이미지와 초고속 오토포커스 등 다양한 분야에서 혁신을 거듭해 왔다”며, “D램을 내장한 3단 적층센서 2L3은 모바일 기기 사용자들이 더욱 프로페셔널하고 창의적인 콘텐츠를 만들 수 있도록 도와줄 것이다.”라고 강조했습니다.

삼성전자는 ISOCELL Fast 2L3은 현재 양산 진행 중입니다.

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

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

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

픽셀크기 1.28㎛, 1천2백만 화소 듀얼픽셀 ‘ISOCELL Fast 2L9’

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

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 확보했습니다.

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

픽셀크기 0.9㎛, 2천4백만 화소 테트라셀 ‘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 Tetracell(테트라셀) 기술을 적용한 제품입니다.

또한 이 제품은 업계 최초로 픽셀크기 1.0㎛의 벽을 깨고 픽셀을 0.9㎛ 까지 줄인 초소형 픽셀 이미지센서입니다.

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 적용했습니다.

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 최소화했습니다.

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 밝혔습니다.

참고자료

□ 이미지센서(Image Sensor)

영상신호를 저장, 전송해 디스플레이 장치로 촬영한 사진을 볼 수 있게 만들어주는 반도체로, 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛(영상 정보)을 전기적 디지털 신호로 변환해주는 역할을 한다. (관련콘텐츠: [반도체 용어 사전] 이미지센서)

□ 테트라셀(Tetracell)

테트라셀 이미지 센서는 4개 픽셀에 하나의 컬러 필터(Color Filter)를 적용하여 어두운 곳에서는 더 밝은 이미지를 구현할 수 있으며 재배치(Re-mosaic) 알고리즘을 적용하여 밝은 곳에서는 더 세밀한 이미지를 제공하는 삼성전자 센서 기술 (관련콘텐츠: 모바일향 고성능 ‘테트라셀 이미지센서’, 멀티미디어 기술대상 장관상 수상!)

□ 듀얼픽셀(Dual Pixel)

하나의 화소에 두 개의 포토다이오드가 집적되어 하나의 화소 안에 들어있는 두 개의 포토다이오드가 각각 인식한 빛을 비교해 위상차를 검출, 두 빛 간 거리가 맞도록 조절해 초점을 맞출 수 있다. (관련콘텐츠: 삼성전자, 신개념 ‘듀얼 픽셀’ 기술 적용 차세대 모바일 이미지 센서 양산)

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이미지센서 기술 명칭 브랜드화, 고성능 첨단 제품 이미지 제고

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

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

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 있습니다.

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

다양한 시장 요구 반영한 4가지 이미지센서 솔루션 제공

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

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

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

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

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찰칵! 빛을 디지털 이미지로 만드는 ‘CMOS 이미지센서(CIS)’
[반도체 용어 사전] 아이소셀

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특히 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적인 영상 신호로 변환해 이를 저장하거나 디스플레이로 볼 수 있도록 만들어 주는 ‘CMOS 이미지센서’의 역할이 매우 중요한데요, 마치 카메라의 필름과 같은 역할을 하는 이미지센서 덕분에 촬영 후 현상이나 인화를 하지 않아도, 사진을 확인하거나 삭제할 수 있는 것입니다.

■ 더욱 작고, 슬림하게! 모바일 CMOS 이미지센서

많은 소비자들이 슬림한 디자인은 물론 고화질 카메라 기능을 갖춘 스마트폰을 원하면서 이미지센서에 요구되는 성능도 높아지고 있습니다. CMOS 이미지센서는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환해 이미지로 만드는 핵심적인 역할을 수행하기 때문에 사진 화질에 큰 영향을 미칩니다.

일반적으로 이미지의 화질은 이미지센서를 구성하는 화소(Pixel, 픽셀)에 모이는 빛의 양에 많은 영향을 받습니다. 최근 CMOS 이미지센서의 칩 크기는 작아지고 화소 수는 늘어나 화소의 크기가 계속 작아지고 있습니다. 즉, 이미지센서 칩 크기를 줄이면서도 고화질의 카메라 성능은 그대로 유지해야 하는 기술이 요구되고 있는 것입니다.

■ 삼성전자, 세계 최초 초소형 1.0㎛ 화소 이미지센서 양산

삼성전자는 지난 7월, 이러한 한계를 극복하고 세계 최초로 초소형 1.0㎛(마이크로미터) 화소 이미지센서 양산에 성공했습니다. 이 제품은 화소 크기가 1.0㎛인 1600만 화소 모바일 CMOS 이미지센서입니다. 1.0㎛는 100만 분의 1미터인데요, 그 크기가 얼마나 미세한지 실감되시나요?

특히 이번 제품은 1600만 화소 이미지센서에 현재 구현 가능한 가장 작은 크기의 1.0㎛ 화소를 적용해 카메라 모듈 크기와 두께를 최소화할 수 있게 했습니다.

동일한 화소 수의 센서 모듈을 더 작게 만들기 위해서는 화소의 크기를 줄여야 합니다. 하지만 화소의 크기가 작아지면 흡수하는 빛의 양이 감소해 화질이 떨어질 우려가 있습니다. 삼성전자는 각 화소를 서로 격리시켜 간섭 현상을 최소화하는 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 공정 기술을 적용해 빛의 손실을 줄였습니다.

화소에는 각각 빨강, 파랑, 초록의 세 가지 컬러 필터가 얹혀지는데, 화소는 자신의 색깔 신호만 받아들이게 되어 있습니다. 하지만 빛이 직선이 아닌 사선으로 들어올 경우 문제가 발생합니다. 예를 들어 빨간 필터를 통과한 색이 사선으로 파란 화소에 들어가면 혼색되어 컬러 노이즈가 잡히게 되는 것입니다. 아이소셀 기술은 화소와 화소 사이에 절연부를 형성해 인접한 화소들을 서로 격리시키는 구조입니다. 따라서, 빛의 간섭으로 인한 다른 색깔 신호가 침입하는 것을 방지해 컬러 노이즈를 줄여 보다 깨끗한 이미지를 얻을 수 있는 것입니다. 이번 제품은 아이소셀 공정 기술을 통해 빛의 손실을 줄여 1.0㎛ 화소로도 기존 1.12㎛ 화소와 동등한 수준의 화질을 구현했습니다.

여기서 화소의 크기가 작아지면 동시에 카메라 모듈이 작아지고, 결과적으로 스마트폰을 얇게 만들 수 있다는 뜻인데요, 이번 이미지센서를 적용한 카메라 모듈의 경우 두께를 5mm 이하까지 줄일 수 있어, 기존 1.12㎛ 화소를 적용한 1600만 화소 카메라 모듈과 비교해 약 20% 정도 두께가 얇아진 것이 특징입니다. 이로 인해 소비자들은 더욱 슬림한 디자인에 고화질 카메라 기능을 갖춘 스마트폰을 만날 수 있게 되었습니다.

주머니에 쏙! 들어가는 얇은 두께의 스마트폰에서 깨끗하고 선명한 이미지를 즐길 수 있게 도와주는 초소형 이미지센서, 매력적이지 않나요? 삼성전자는 앞으로도 초소형 화소 이미지센서 제품군을 확대해 고화질 초박형 모바일 기기 시장을 선도할 예정인데요, 가까운 미래에는 또 어떤 성능을 지닌 모바일 카메라가 등장할지 기대됩니다.

☞ 모바일 카메라, 얇게 더 얇게! 삼성전자 초소형 1.0㎛ 화소 이미지센서 개발 스토리
☞ 삼성전자, 업계최초 초소형 1.0㎛ 화소 모바일 이미지센서 양산
☞ [MWC 2014 돋보기] 4. CMOS 이미지센서(CIS), 아이소셀(ISOCELL)
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■ 세계 최초! 100만분의 1미터 픽셀의 초소형 이미지 센서

우리는 멋진 광경을 보면 스마트폰 카메라를 실행하고 촬영 버튼을 누릅니다. 디스플레이에 풍경이 담기기까지 짧은 순간, 카메라 모듈 안에는 순식간에 상(像)을 디지털화해 사진 형태로 나타내주는데요. 빛을 디지털 신호로 변환해주는 소자가 바로 ‘이미지 센서’입니다.

즉 1,600만 화소 이미지 센서에는 빛을 담는 아주 미세한 1,600만 개의 픽셀이 들어갔다는 뜻인데요. 이 픽셀 크기를 기존 1.12㎛에서 1.0㎛로 줄인 것이 이번에 세계 최초로 양산에 성공한 1.0㎛ 초소형 1,600만 화소 이미지센서(이하 ‘초소형 이미지센서’)입니다.

기술이 진보하는 만큼 소비자들의 눈높이도 진화하고 있습니다. 소비자들이 스마트폰을 살 때 많이 고려하는 부분이 카메라 기능인 만큼 이미지센서에 요구되는 스펙도 높아지고 있어요. 픽셀 크기를 줄였다는 것은 곧 센서가 작아지는 동시에 카메라 모듈이 작아지고, 결과적으로 스마트폰 두께를 얇게 만들 수 있다는 뜻입니다. 소비자들이 원하는 ‘얇으면서도 화질 좋은 모바일 카메라’를 위해 삼성전자 초소형 이미지센서가 탄생한 것이죠.

임형기 과장 / S.LSI사업부

초소형 이미지 센서는 고화질 카메라 기능과 얇은 두께를 요구하는 소비자의 요구에 최적화된 제품입니다. 현재 구현 할 수 있는 가장 작은 크기의 1.0㎛ 픽셀을 적용해 센서와 렌즈 사이의 초점거리를 줄일 수 있어 모바일 카메라 모듈의 크기와 두께를 최소화할 수 있죠.

사실 아무리 미세한 차이라도 센서가 작아지면 빛을 받는 부분이 좁아지기 때문에 물리적으로 화질이 떨어질 수밖에 없는데요. 픽셀 폭이 1.12㎛였던 것을 1.0㎛로 줄이면서도 화질은 1.12㎛ 수준으로 유지하는 것이 이번 과제의 핵심이었습니다

김경일 책임 / S.LSI사업부

즉 작아진 픽셀로도 큰 픽셀과 대등한 수준의 성능을 수행한다는 설명인데요. 물리적 한계를 뛰어넘어 고화질 카메라 기능을 구현한 비결, 어디 있었을까요?

■ 픽셀 사이를 격리시킨 아이소셀(ISOCELL) 기술

답은 전통적인 픽셀 구조를 개선한 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 공정 기술에서 찾아볼 수 있습니다. 아이소셀 기술은 각 픽셀을 서로 격리(Isolated)시켜 간섭 현상을 최소화함으로써 빛의 손실을 줄이는 삼성전자의 독자 기술입니다.

픽셀에는 각각 빨강과 파랑, 초록의 세 가지 종류의 컬러 필터가 얹혀지는데요. 픽셀은 자신의 색깔 신호만 받아들이게끔 돼 있습니다. 그런데 빛이 직선으로만 들어오는 게 아니라 사선으로도 들어오기 때문에 문제가 됩니다. 예를 들어 빨간 필터를 통과한 색이 사선으로 파란 픽셀에 들어가면 혼색되어 컬러 노이즈가 잡히거든요. 아이소셀 기술은 그 사이에 격벽을 세워 픽셀을 분리시킨 구조입니다. 빛의 간섭으로 인한 다른 색깔 신호가 침입하는 것을 방지해주며, 따라서 컬러 노이즈를 줄여줍니다.

고주현 수석 / S.LSI사업부

이번에 양산된 초소형 이미지 센서의 장점, 이뿐만이 아닙니다. 픽셀 내부에는 빛을 담는 일종의 전기적 그릇이 있는데요. 이 그릇이 많은 신호를 담을수록 색 표현력이 풍부해집니다. ISOCELL 기술을 통해 초소형 이미지 센서는 일반적으로 1.0㎛ 크기에서 받을 수 있는 신호의 양보다 더 많은 신호를 받아들일 수 있어, 픽셀 사이즈는 줄었어도 높은 화질을 유지할 수 있답니다.

처음 과제가 시작됐을 때만 해도 아이소셀 기술은 ‘구현은 가능하지만 양산은 불가능한 기술’이란 의견이 지배적이었습니다. 기존 기술의 틀을 깨고 새로운 기술 패러다임을 만든다는 것 자체가 수많은 한계를 뛰어넘어야 하는 과정이었습니다. 여러 시행착오 끝에 목표치에 한발 한발 다가섰고, 결과적으로 초기 목표보다 훨씬 높은 성능을 가진 센서가 나왔습니다.

박동혁 책임 / S.LSI사업부

■ 호흡 척척 팀웍으로 개발한 ‘자식 같은 센서’

픽셀 크기가 1.0㎛로 줄었다는 것은 곧 신호 처리 회로들 역시 1.0㎛ 구조에 맞게 재설계해야 한다는 뜻이었는데요. 고난도 개발 과정을 이겨낼 수 있었던 건 부서 간 ‘팀웍’ 덕분이었습니다.

1.12㎛에서 1.0㎛으로 줄이는 것이 아주 미세한 차이로 보이지만, 회로 설계 입장에서는 기존 방식을 모두 깨는 도전이었습니다. 1.0㎛에 맞게 회로를 줄이면서도 동일한 성능이 구현되어야 했으니까요. 기존 방식을 바꾸는 것 자체가 상당히 힘들었는데, 관련 부서 담당자들이 함께 동의하고 협력해 설계가 완성될 수 있었습니다.

정재진 책임 / S.LSI사업부

초소형 이미지 센서 개발에 탄력을 받던 시기에, 제품에 약간 문제가 생긴 적이 있었어요. 하필 퇴근 시간 이후였는데, 제가 연락하자 모두들 불 같이 달려들어 문제를 해결하고 무사히 샘플을 넘긴 일이 있었습니다. 힘들었지만 이번만큼 재미있게 개발한 적도 없는 것 같네요. 뜻 맞는 분들과 의견을 나누며 만들었기에 더 애착이 가고 자부심도 큽니다.

천원모 책임 / S.LSI사업부

한편 강윤기 선임은 이번 개발 과정에서 한 아이의 아빠가 됐는데요. 아기 탄생과 함께 센서 개발에 성공해 감회가 남다르다고 합니다.

개발 업무에 열중하던 중 아기가 태어날 것 같다는 연락을 받고 병원으로 달려갔습니다. 믿을 수 있는 동료, 선·후배들 덕분에 마음 놓고 아기가 탄생하는 순간을 지켜볼 수 있었어요. 센서 개발과 동시에 아기 아빠가 되어 더욱 기분이 좋습니다.

강윤기 선임 / S.LSI사업부

초소형 이미지센서는 개선에 개선을 거듭한 제품입니다. 앞으로 다른 제품을 개발할 때도 지금의 저력을 바탕으로 성공의 DNA를 가지고 또 한번 제대로 딛고 일어났으면 좋겠습니다. 어려운 과제를 성공시킨 모든 분들, 모두 고생 많으셨습니다!

최원일 선임 / S.LSI사업부

모바일 카메라는 앞으로도 소비자들이 스마트폰을 고르는 핵심 이유이자 일상을 찍어 공유하는 소통 도구로 작용할 듯 한데요. 눈에 보이지 않는 소소한 순간, 사용자의 감성까지 담는 것이 모바일 카메라라면, 이미지센서는 기계와 감성의 결합이 아닌가 싶습니다. 앞으로 다양한 기기에서 삼성전자 초소형 이미지 센서가 활약할 날이 기다려집니다.

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■ 초소형 1.0㎛ 화소 적용해 1600만 화소 이미지센서 양산

이 제품은 1600만 화소 이미지센서에 현재 구현 가능한 가장 작은 크기의 1.0㎛ 화소를 적용해 센서와 렌즈 사이의 촛점거리를 줄일 수 있어 카메라 모듈 크기와 두께를 최소화 할 수 있게 했습니다. 이번 제품은 고화질의 카메라 기능과 얇은 두께를 요구하는 초슬림 모바일기기에 최적화된 제품인데요.

이번 이미지센서를 적용한 카메라 모듈의 경우 두께를 5mm 이하까지 줄일 수 있어, 기존의 1.12㎛ 화소를 채용한 1600만 화소 카메라 모듈 대비 약 20% 정도 두께가 얇아져, 스마트폰의 두께를 최소화 할 수 있습니다.

동일한 화소 수의 센서 모듈을 더 작게 만들기 위해서는 화소의 크기를 줄여야 하는데, 화소의 크기를 줄이면 흡수하는 빛의 양이 감소해 화질이 떨어질 우려가 있습니다. 삼성전자는 각 화소를 서로 격리시켜 간섭현상을 최소화하는 독자기술 ‘아이소셀 (ISOCELL)’ 공정 기술을 적용해 빛의 손실을 줄임으로써 1.0㎛ 화소로 기존 1.12㎛ 화소와 동등한 수준의 화질을 구현했습니다.

삼성전자 시스템 LSI 사업부 마케팅팀 홍규식 상무는 “삼성전자는 1600만 화소를 필두로 초소형 화소 이미지센서 제품군을 확대하여 고화질 초박형 모바일기기 시장을 선도할 것” 이라고 밝혔습니다.

삼성전자는 업계최초로 14나노 핀펫 공정을 적용한 모바일 AP를 양산한데 이어, 모바일 이미지센서 분야에서도 독자기술인 ‘아이소셀’ 공정기술을 통해 업계 최초로 화소 크기를 1.0㎛ 까지 줄이는 등 모바일 시스템 반도체 시장에서 기술력을 선도해 나가고 있습니다.

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

아이소셀은 지난해 9월 삼성전자가 업계 최초로 개발한 차세대 이미지센서 기술입니다. 이미지 센서의 구성 화소에 모이는 빛을 최대한 활용할 수 있도록 센서 구조를 바꿔 CIS의 성능한계를 뛰어넘는 것이 특징인데요. 어두운 환경에서도 보다 선명한 이미지를 구현하고 깨끗한 사진을 얻을 수 있습니다. 또한 색 재현성(reproducibility)을 높여 피사체 고유의 색에 가까운 이미지를 표현할 수 있는 장점이 있습니다.

오늘은 사진의 품질을 향상시키는 CIS와 삼성전자의 아이소셀에 대해 소개해 드릴게요.

■ 사진의 품질을 결정 짓는 CMOS 이미지 센서(CIS)

먼저 CIS의 개념을 이해하기 위해 관련된 용어들을 하나씩 짚어 드리겠습니다.

CIS란 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 구성되는데요.

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

■ 센서 구조의 혁신적인 진화, 아이소셀(ISOCELL)

아이소셀은 CIS를 구성하는 화소에 모이는 빛을 최대한 활용할 수 있도록 센서의 구조를 혁신적으로 변화시킨 기술입니다. ‘격리하다’라는 뜻의 ‘isolate’와 ‘세포’라는 뜻의 ‘cell’이 합쳐진 어원처럼 픽셀(pixel)의 각 테두리에 물리적인 벽을 형성해 픽셀 간 간섭 현상을 줄였는데요. 이를 통해 어두운 공간에서도 보다 깨끗하고 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다.

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

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

하지만 후면조사형은 많은 빛과 색상을 흡수해 이웃한 픽셀 사이에서 색상이 혼합될 수 있다는 단점도 가지고 있는데요.

삼성전자가 최초로 도입한 아이소셀 기술은 후면조사형의 이런 기술 한계를 극복했습니다. 픽셀 간 장벽을 만들어 색상 혼합 문제를 해결했기 때문입니다.

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

CIS와 아이소셀은 소중한 순간의 추억을 놓치지 않고 고스란히 담을 수 있도록 도와주는 고마운 기술 입니다. 디지털 시대에도 여러분의 감성이 빛 바래지 않게, 앞으로도 삼성전자가 반도체가 끊임없는 혁신기술을 통해 지켜드리겠습니다.^^

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☞ 삼성전자, 업계최초 차세대 CMOS 이미지 센서 신기술 ‘아이소셀’ 개발

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