삼성전자가 업계 최소형 0.7μm(마이크로미터, 100만분의 1미터) 픽셀을 활용한 모바일 이미지센서 제품 4종을 공개하며, 초소형 픽셀 시장 확대에 나선다.

삼성전자, 업계 최초 초소형 이미지센서 라인업 구축

빠르게 확산되고 있는 고화소 카메라 트렌드에는 초소형 픽셀 이미지센서가 필수다. 제한된 공간에 더 많은 화소를 담을 수 있으면서도 얇은 디자인을 동시에 구현할 수 있기 때문이다.

삼성전자는 2019년 나노미터 단위의 초미세 공정 기술력과 개발 노하우를 바탕으로 픽셀 소형화 기술 혁신을 이루며 업계최초로 0.7μm 픽셀 제품을 공개했다. 이번에 초소형 신제품 4종을 추가로 선보이며, 업계에서 유일하게 0.7μm 픽셀 기반의 다양한 제품 라인업을 구축했다.

신제품은 ▲0.7μm 픽셀 최초의 1억 8백만 화소 '아이소셀 HM2' ▲4K 60프레임 촬영이 가능한 6천 4백만 화소 'GW3' ▲초광각과 폴디드줌을 지원하는 4천 8백만 화소의 'GM5' ▲베젤리스 디자인 구현에 최적화된 초소형 3천 2백만 화소 'JD1' 4종류다.

일반적으로 이미지센서 픽셀의 크기가 작아질수록 빛을 받아들이는 면적이 줄어들어 촬영한 이미지의 품질이 낮아진다. 따라서 픽셀의 크기를 줄이면서도 성능은 향상시키는 것이 기술의 핵심이다.

삼성전자는 0.7μm 초소형 이미지센서에서도 고품질의 이미지를 구현할 수 있도록 픽셀의 광학 구조를 개선하고 신소재를 적용해 빛의 손실과 픽셀 간 간섭현상을 최소화하는 삼성전자만의 특허 기술인 '아이소셀 플러스(ISOCELL PLUS)'를 적용했다.

또한, 빛의 양에 따라 자동으로 ISO 값을 조정해 색 재현성을 높이고 노이즈를 최소화하는 스마트-ISO(Smart-ISO) 기술도 적용했다.

4분기부터는 차세대 '아이소셀 2.0'과 '스태거드 HDR' 등 첨단 센서 기술을 적용할 예정이다.

'아이소셀 2.0'은 컬러필터 사이의 격벽 구조를 효율화해 빛의 손실과 픽셀 간 간섭현상을 최소화한 기술이다. 이 기술을 통해 감도(Sensitivity)를 최대 12% 높일 수 있어 픽셀이 작아지더라도, 화질을 높일 수 있다.

스태거드 HDR(staggered High Dynamic Range)은 픽셀이 빛에 노출되는 방법을 개선한 기술로 이미지 처리 속도를 향상시키면서도 고품질의 이미지를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

0.7μm 픽셀로 1억8백만 화소 제품을 구현할 경우, 0.8μm을 이용할 때 보다 이미지센서의 크기를 최대 15% 줄일 수 있다. 이미지센서가 작아진 만큼 카메라 모듈의 높이도 최대 10% 낮아져 스마트폰에 들어가는 카메라의 높이를 낮출 수 있다.

삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀장 박용인 부사장은 "삼성전자는 2015년 업계최초로 1.0μm, 2017년 0.9μm 픽셀을 출시한 이후, 2018년 0.8μm 제품을 연이어 출시했고, 2019년 0.7μm와 1억 8백만 화소 제품을 최초로 공개하는 등 센서 혁신을 주도하고 있다"며 "삼성전자는 이번 신제품 라인업으로 초소형·고화소 시장을 확대하는 한편, 센서 혁신 기술 개발을 지속해 한계를 돌파해 나가겠다"고 말했다.

삼성전자는 현재 0.7μm 픽셀 기반의 '아이소셀 HM2', 'GW3', 'JD1'을 양산하고 있으며, 'GM5'의 샘플을 공급하고 있다.

'아이소셀 HM2'는 삼성전자의 세 번째 1억 8백만 화소 제품으로 0.7μm 픽셀이 적용된 최초의 1억 8백만 화소 제품이다.

이 제품은 기존 0.8μm 기반 1억 8백만 화소 이미지센서보다 크기가 15% 작기 때문에(1/1.52인치) 카메라 모듈 높이를 10% 가량 줄일 수 있다는 장점이 있다.

이 덕분에 스마트폰에 탑재되는 카메라 수가 증가하며 카메라 부분이 넓어지고 돌출되는 현상을 완화할 수 있을 것으로 기대된다.

피사체의 위상차를 검출해 초점을 빠르게 잡아내는 슈퍼 PD(Super Phase Detection) 기술도 향상시켜 기존보다 빠른 자동초점 기능을 제공한다.

또한 어두운 환경에서는 9개의 인접 픽셀을 하나로 묶는 삼성전자만의 기술을 이용해 언제 어디서나 밝고 선명한 이미지를 포착할 수 있으며, 피사체를 3배까지 확대해도 화질 손상 없이 촬영이 가능하다.

'아이소셀 GW3'는 1/1.97인치 크기의 6천 4백만 화소 제품으로 스포츠 경기와 같이 피사체의 움직임이 빠르고 역동적인 장면을 촬영하기에 최적인 제품이다.

이 제품은 향상된 슈퍼 PD 기술과 전자식 이미지 흔들림 보정(EIS) 기능을 동시에 활용해 움직이는 피사체를 선명하게 표현한다.

특히 초당 60프레임으로 4K(3,840X2,160) 해상도의 고화질 영상 촬영이 가능해 익스트림 스포츠를 촬영하는 액션 카메라에도 활용이 가능하다.

'아이소셀 GM5'는 1/2.55인치 크기의 4천 8백만 화소 제품으로 초광각 또는 폴디드 줌(Folded-zoom) 촬영 기능을 지원한다.

멀리 있는 대상을 5배까지 확대할 수 있는 폴디드 줌 기능이 탑재된 스마트폰의 경우 일반적으로 이미지센서와 렌즈를 위로 적층하지 않고 옆으로 배치하는 잠망경 구조로 설계한다.

이미지센서가 크다면 폴디드 줌 카메라 모듈 높이가 증가하고 이는 스마트폰의 두께 증가로 이어지게 된다. '아이소셀 GM5'는 작은 크기로도 고화소를 지원할 수 있어 폴디드 줌을 지원하는 얇은 스마트폰에 최적인 제품이다.

특히 삼성전자는 이 제품에 아이소셀 플러스보다 색 재현성과 감도를 한층 높일 수 있는 '아이소셀 2.0' 기술을 최초로 적용했다.

또한, 개별 픽셀의 노출 시간을 다르게 적용함으로써 밝기가 다른 이미지를 합성해 화질을 개선하는 실시간 HDR 기술과 달리, 픽셀의 노출 시간을 세로줄로 다르게 적용해 이미지 처리 속도를 향상시킨 스태거드 HDR(staggered High Dynamic Range) 기능을 탑재했다.

어두운 환경에서는 4개의 인접 픽셀을 하나로 묶는 테트라셀(Tetracell) 기술을 활용한다. 0.7μm 픽셀을 1.4μm의 큰 픽셀처럼 사용 가능하기 때문에 이미지의 노이즈를 줄이고 감도를 높여 더 선명하게 촬영할 수 있다.

또한 풀HD(1920×1080) 화질로 초당 480 프레임의 고속 영상을 촬영할 수 있다.

아이소셀 JD1은 1/3.14인치 크기의 0.7μm 3천 2백만 화소 초소형 이미지센서다. 카메라 모듈의 크기가 0.9μm 2천만 화소 또는 1.0μm 1천 6백만 화소를 활용한 모듈 크기와 동일하다.

작은 크기의 이미지센서에 많은 화소를 담을 수 있기 때문에 스마트폰 전면에 구멍을 내 카메라를 배치하는 HIAA(Hole in Active Area) 디스플레이에 최적화된 제품이다. 또한 베젤리스 디자인을 구현하는 데도 최적인 제품이다.

이정복 기자  jungbok113@naver.com

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