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[알아봅시다] CCD 및 CMOS 이미지센서

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빛→전기신호 전환
고화질 만드는 ‘눈’


이미지센서는 디지털카메라 및 카메라폰 모듈 등에 적용돼, 외부에서 빛(광)을 받아들여 전기적 신호로 전환하는 기능을 하는 반도체 소자를 말합니다. 이미지센서는 크게 출력부까지 전송되는 방식에 따라 전하결합소자(CCD) 이미지센서와 상보성금속산화물반도체(CMOS) 이미지센서 등 2종으로 나뉩니다.

CCD 및 CMOS 이미지센서는 공통적으로 빛을 받아들여 전기적 신호로 전환하는 수광부를 가지고 있으며, CCD 이미지센서는 외부의 전기적 신호를 CCD를 통해 그대로 전달하며 마지막 부분에서 전압으로 변환시킵니다. 반면, CMOS 이미지센서는 각 화소에서 전압으로 신호를 변환해 전송하는 차이가 있습니다.

즉, 빛에 의해 발생한 전자를 그대로 출력부까지 이동시키는 것은 CCD 이미지센서이며, 빛에 의해 발생한 전자를 각 화소 내에서 전압으로 변환한 후 여러 CMOS 스위치를 통해 출력하는 것이 CMOS 이미지센서입니다.

이미지센서는 1967년부터 개발이 진행됐으며, CMOS 이미지센서에 앞서 CCD 이미지센서가 1970년대 후반부터 상업화가 이뤄지기 시작했습니다. 특히 1980년대 후반에는 일본에서 CCD 이미지센서 관련 특허출원이 급증하면서, 전체적인 특허건수가 급격히 늘어나는 현상이 발생하기도 했습니다.

CCD 이미지센서는 저잡음 신호출력이 가능하며, 화소간 균일성을 유지할 수 있어 CMOS 이미지센서에 비해 고화질을 구현할 수가 있습니다. 때문에 현재까지 휴대전화 등 일부 시장에 국한된 CMOS 이미지센서에 비해, CCD 이미지센서는 디지털카메라 및 캠코더 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.

하지만 최근 들어 CMOS 이미지센서가 반도체를 포함한 여러 가지 부품들을 하나의 칩에 집적하는데 유리하다는 장점을 내세워 휴대전화 등 디지털 모바일 기기들을 중심으로 채용이 점진적으로 확대되고 있는 추세입니다.

CMOS 이미지센서는 아날로그ㆍ디지털 회로를 집적해 센서부와 함께 원칩(one chip)화가 가능합니다. 이 밖에도 CCD 이미지센서 대비 가격이 2분의 1 수준이며 양산에도 유리할 뿐만 아니라, CCD 제품에 비해 저소비 전력을 구현할 수 있다는 강점을 갖고 있습니다. 이에 따라 최근 국내외 반도체 업체들 사이에서 CMOS 이미지센서 개발에 박차를 가하고 있는 움직임이 나타나고 있습니다.

올 들어 삼성전자는 업계 최초로 화소 크기가 2.2미크론(㎛) 수준의 720만 화소 CMOS 이미지센서를 개발했다고 밝혔습니다. 특히 삼성전자는 오는 2007년까지 1.4미크론 수준의 초소형 화소 크기를 적용한 1600만 화소급 CMOS 이미지센서도 선보일 계획이라고 밝히는 등 관련 시장에 선도적인 제품을 개발한다는 전략을 갖고 있습니다.

또한 미국 마이크론은 500만 화소 CMOS 이미지센서 제품을 최근 샘플 수준으로 출시했으며 내년 초 양산에 착수할 계획이라고 밝힌 바 있습니다. 이 밖에도 픽셀플러스ㆍ실리콘화일 등 국내 팹리스(설계전문) 반도체 업체들이 200만 화소급 CMOS 이미지센서에 이어 내년 초 300만 화소급 제품도 선보이기 위해 준비중에 있는 등 국내외 반도체 업체들 사이에서 관련제품 개발이 활발히 진행되고 있습니다.

한편, 시장조사기관인 가트너는 CMOS 이미지센서 시장은 지난해 24억달러에서 올해 32억달러, 오는 2008년에 56억달러 규모로 확대되는 등 연평균 25%의 가파른 성장을 보일 것이라고 전망했습니다.

강경래기자@디지털타임스
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