[e돋보기] CMOS 이미지센서(CIS)

[양태훈기자] CIS(CMOS Image Sensor)는 상보성 금속산화막(CMOS) 기술을 활용해 생산된 이미지 센서를 말한다. 전력 소모가 적은 모스 트랜지스터(모스펫)로 구성된 CMOS를 활용해 소비 전력이 매우 낮은 게 이점.

CIS는 스마트폰, 디지털 카메라 등의 영상 전자 기기에서 촬영하고자 하는 대상(피사체)의 정보인 빛을 받아들여 전기 신호로 변환하는 역할을 담당한다. 사진 품질을 결정하는 핵심 부품인 셈.

빛에 의해 물리적·화학적 변화를 일으키는 감광 픽셀(화소) 센서들이 배열된 집적회로로, 각각의 픽셀에는 빛을 감지하는 광검출기(포토다이오드)와 신호를 증폭하는 능동증폭기가 구성돼 있다.

더불어 CIS에 적용되는 픽셀 기술은 전면조사형(FSI)과 후면조사형(BSI)로 구분된다. 후면조사형은 웨이퍼를 뒤집어 얇게 가공, 후면에서 빛을 받아들이도록 한 방식이다.

빛이 들어오는 경로가 짧고, 많은 양의 빛을 받아들일 수 있어 전면조사형 대비 약 40% 이상 높은 감도를 제공해 고품질의 이미지 촬영이 가능한 것이 강점. 대다수의 영상 전자기기에 후면조사형 방식의 CIS가 적용되는 것이 바로 이 때문이다.

이미지 센서는 외부의 빛이 렌즈를 통해 픽셀에 이르면 광검출기가 빛을 감지해 전기적 신호로 변환, 이후 RGB(적·녹·청) 신호로 출력되면 이미지 신호 처리장치(ISP)가 이를 디지털 이미지로 조합하는 방식으로 동작한다.

CIS 시장은 최근 몇 년 새 스마트폰 사용인구 급증에 따른 고성능 스마트폰 카메라에 대한 시장 수요가 확대되고 있는 추세다.

이에 애플과 삼성전자 등 글로벌 스마트폰 시장을 주도하는 제조업체들은 지속적으로 고성능의 카메라 기능을 자사 스마트폰에 탑재해오고 있다.

특히, 삼성전자는 지난해 업계 최초로 이미지 센서의 구성화소에 모이는 빛을 최대한 활용하도록 센서 구조를 변경한 '아이소셀(ISOCELL)' 기술을 CIS에 적용, 시장을 적극 공략 중이다.

아이소셀은 어두운 환경에서 더 선명한 이미지 촬영을 돕고, 색재현성을 높여 피사체 고유의 색에 가까운 이미지를 표현할 수 있는 장점을 제공한다.

이는 픽셀 간 장벽을 만들어 많은 빛과 색상을 흡수해 이웃한 픽셀 사이의 색상혼합이 발생하는 후면조사형 방식의 단점을 극복한 덕분. 삼성전자에 따르면 아이소셀 CIS의 색재현성은 기존 CIS 대비 30% 이상 향상된 성능을 구현한다.

한편, 시장조사업체 IHS에 따르면 삼성전자는 지난해 세계 CIS 시장에서 17.8%의 점유율로 2위를 기록했다. 시장 1위는 소니로 44.9%의 시장 점유율을 달성했다.