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이미지센서
(CCD, CMOS)
한국과학기술정보연구원
- i -
<제목차례>
제1장 서 론 ········································································································1
제2장 기술동향 망 ················································································2
1. 기술의 개요 ··········································································································2
가. 역사 배경 ····································································································2
나. 이미지센서의 개념 종류 ········································································4
2. 이미지센서의 기술 특성 ····················································································6
가. CCD 이미지센서 ····························································································6
(1) 송방법에 따른 분류 ···············································································6
(2) 노출방법에 따른 분류 ···············································································9
나. CMOS 이미지센서 ······················································································10
(1) 1-Tr Structure ···························································································10
(2) 3-Tr Structure ···························································································11
(3) 4-Tr Structure ···························································································12
다. CCD와 CMOS 이미지센서 비교 분석 ····················································13
3. 이미지센서의 연구개발 동향 ··········································································15
가. 용량 화소 기술 ························································································15
(1) 국내 기술개발 동향 ·················································································15
(2) 해외 기술개발 동향 ·················································································16
나. 소형 화소 기술 ····························································································17
(1) 국내 기술개발 동향 ·················································································17
(2) 해외 기술개발 동향 ·················································································18
다. 화소 고화질 기술 ····················································································18
(1) 국내 기술개발 동향 ·················································································19
(2) 해외 기술개발 동향 ·················································································20
라. 망 ················································································································20
제3장 시장동향 망 ··············································································21
- ii -
1. 산업동향 ··············································································································20
2. 국내 시장동향 ····································································································22
3. 해외 시장동향 ····································································································24
가. 시장 동향 ······································································································24
나. 업체 동향 ······································································································26
다. 제품 동향 ······································································································28
(1) 카메라폰 ·····································································································28
(2) 디지털 카메라 ···························································································29
(3) 보안용 카메라 ···························································································30
제4장 결론 ········································································································31
<참고문헌> ·······································································································32
- iii -
<표차례>
<표 2-1> 이미지센서의 발 사 ·················································································3
<표 2-2> CCD와 CMOS의 상 비교 ································································4
<표 2-3> CCD와 CMOS형 이미지센서의 특성 비교 ········································13
<표 3-1> 이미지센서 국내시장 황 ·····································································23
<표 3-2> CMOS 이미지센서 국내 시장규모 추이 ·············································23
<표 3-3> CCD 용 시장별 시장 비 연평균 시장 성장률 ····················25
<표 3-4> CMOS 용 시장별 시장 비 연평균 시장 성장률 ·················26
<표 3-5> 이미지센서 세계시장 유율 ·································································27
<표 3-6> CMOS 이미지센서 가격동향 ·································································28
<그림차례>
<그림 2-1> CMOS 이미지센서 ·················································································5
<그림 2-2> Interline transfer ····················································································6
<그림 2-3> Interline형 CCD 구조 모식도 ·····························································7
<그림 2-4> 1행 읽어내기 방식의 Frame 축 과 화소 상태 ······························8
<그림 2-5> 2행 읽어내기 방식의 Frame 축 과 화소 상태 ······························8
<그림 2-6> Frame transfer ······················································································9
<그림 2-7> CMOS형 1-Tr 구조 ············································································11
<그림 2-8> CMOS형 3-Tr 구조 ··············································································12
<그림 2-9> CMOS형 4-Tr 구조 ··············································································13
<그림 3-1> 이미지센서 세계시장 망 ·································································21
<그림 3-2> 이미지센서의 향후 망 ·····································································22
<그림 3-3> 국내 카메라폰 시장 ·············································································24
<그림 3-4> 시장 규모 종류별 비 ·································································25
<그림 3-5> 이미지센서 업체별 시장 유율-매출액 기 ································27
- iv -
<그림 3-6> 카메라폰 매량 CMOS 이미지센서 내장 비율 ·····················28
<그림 3-7> 재 시 인 DSLR ···········································································29
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제1장 서 론
최근 첨단 정보통신처리 기술 자산업 반의 격한 발달로 다량의
정보를 신속하게 송수신할 수 있는 차세 검출기에 한 필요성과 신개념
의 소자 시스템의 개발이 요구되고 있다. 이러한 가운데 최근 자기술의
목상 할 발달, 특히 IC 선폭의 나노사이즈화, 각종 반도체 부품의 고성능
화라는 기술의 진 속에 미래형 이미지 센서 기술의 개발이 다각도로 진
행되고 있다. 특히, 휴 단말기의 동 상처리 등이 두되면서 소형화,
형의 상 이미지센서의 기술은 기존의 CCD(Charge Coupled Device)와
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 심으로 속히 개
발에 박차를 가하고 있는 추세이다.
이미지센서는 자를 자로 환하여 디스 이로 표시하거나 장장치
에 장할 수 있게 하는 반도체로서 수 신호를 기 신호로 변환시키는
수 소자, 변환된 기 신호를 증폭 압축하는 픽셀 회로 부분과 이 게
처리된 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 이미지신호를 처리하는 ASIC
부분으로 구성되며, CCD, CMOS, CIS(Contact Image Sensor) 등의 종류가
있다.
표 인 이미지센서로는 CCD 이미지센서와 CMOS 이미지센서가 있다.
CCD와 CMOS 이미지센서는 동일한 수 소자를 사용하고 있는데, CCD 이
미지센서의 경우 수 부에서 발생된 하가 일렬로 연결된 MOS Capacitor
를 거쳐 순차 으로 이동하여 최종단에 연결된 Source Follower에서 압으
로 변환된다. 반면에 CMOS 이미지센서는 각각의 Pixel 내부에 내장된
Source Follower에서 하가 압으로 바 어 외부로 출력된다. 좀 더 구체
으로 살펴보면, 빛에 의해 발생한 자를 그 로 게이트 펄스를 이용해서
출력부까지 이동시키는 것이 CCD 이미지센서이며, 빛에 의해 발생한 자를
각 화소 내에서 압으로 변환한 후에 여러 CMOS 스 치를 통해 출력하는
것이 CMOS 이미지센서이다.
이러한 이미지센서의 용 분야는 디지털 카메라, 휴 화 등 가정용 제
품만이 아니라 병원에서 사용하는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공 성의 망
원경에 이르기까지 매우 범 하다.
- 2 -
제2장 기술동향 망
1. 기술의 개요
가. 역사 배경
CCD, CMOS Active Pixel Sensor가 개발되기 이 에 MOS 이미지센서가
있었다. 60년 에는 많은 연구 그룹이 고체 촬상 에 한 연구가 이루어지
고 있었으며, 1963년에는 Morrison은 computational sensor라 불리는 이미지
센서에 한 연구가 있었는데, 도 효과를 이용하여 입사되는 빛의 치
를 결정하 다. 1963년에 Westinghouse에서 50x50의 포토트랜지스터 배열을
개발하 다. 1967년 Fairchild의 Weckler가 입사 의 분 가능한 pn 합 구
조를 제안하 는데, PMOS switch를 이용하여 신호 하에 의한 류 펄스
를 압으로 변환하여 그 값을 읽을 수 있었다.
1967년 RCA에서는 CdS/CdSe TFT (Thin Film Transistor)와 도 체를
이용한 이미지센서가 보고되었다. FPN (Fixed Pattern Noise) 문제가 크게
어든 CCD가 1970년에 발표되었다. 1969년 Bell Lab의 Bubble Memory기
술을 용하여 CCD가 고안되었고, 1974년 Fairchild에서 100x100 pixel CCD
가 개발되었다.
1975년 CCD TV 카메라가 생산되었고, 500센서 linear array가 CCD
scanner가 소개되었다. 재는 2048x2048 pixel이 개발 에 있고,
CTE(Charge Transfer Efficiency)가 99.99%이상이 가능하다. 반면, CIS는
CMOS공정을 이용할 수 있어 제작단가를 낮출 수 있고, CMOS 공정의 세
화에 기인하여 고해상도의 이미지 센서의 구 이 가능하게 되었다. 1993년
Edinburgh 학에서 최 의 CMOS type Camera chip을 JPL에서 각 pixel의
신호를 증폭하여 높은 신호 잡음비(SNR)를 갖는 CMOS type Active Pixel
Sensor(APS)를 발표하 다. 이를 계기로 발 한 CIS는 개발 엔지니어를 심
으로 국과 미국에 각각 VLSI vision, Photobit 사를 설립하 으며, 재
Intel, Kodak, Motorola, Rockwell등에서 사용하고 있는 이미지센서는
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구분 년도 개 발 내 용
필름사진
촬상
사용
1902 ․독일에서 팩시 리 발명
1931 ․송상 (Iconoscope)을 이용한 최 의 TV 카메라 등장
1938 ․최 의 사진복사 이미지 제작
1944․제2차 세계 의 태평양 오키나와 투에서 RCA의 경량
외선 조 기(Sniperscope) 사용
1956․Ampex사에 의한 최 의 Videotape Recorder 3M에 의한
최 의 Videotape 등장
기
CCD
CMOS
연구개발
1962 ․RCA의 Summers에 의해 하를 집 하는 포토다이오드 논의
1967
․RCA(Sarnoff)의 Weimer, Fairchild의 Weckler 등 여러 연구
원에 의해 수동형 화소 MOS 기반의 이미지센서 개발
․능동형 화소설계 구 은 당시의 노 기술로 인해 발
이 안됨
1969․Philips의 Sangster에 의해 CCD의 신인 Bucket Brigade
Device 발명
1969~
1970
․Philips와 CalTech의 지원하에 Bell Labs의 Boyle, Amelio,
Smith가 CCD 발명
1971
․1행 1열인 2개의 MOS Capacitor를 이용한 Charge Injection
Device를 Philips의 Arnord가 개발하고, 이듬해 GE가 센서로
개발
1973 ․Fairchild가 팩시 리에 최 로 CCD를 상업 으로 사용
CCD
상업화
1970년 ․Eastman Kodak이 Color Filter Array용 Bayer Pattern 개발
1980 ․IBM, NEC가 각각 Barcodes의 Laser Scanning 개발
~1980
․Logic 회로용 CMOS 설계 제조 공정 완 개발
․20년 이상 동안 발 된 기술로 고집 이고 고속 동작의 마이
크로 로세서가 가능해짐
1986 ․Eastman Kodak이 1백만 화소 이상의 이미지센서 출시
<표 2-1> 이미지센서의 발전사
Photobit사의 CIS구조에 기술 기반을 두고 있다. 신호처리 기능을 내장한
SoC의 구 으로 마우스 IC, MPEG2 encoder가 내장된 PDA용 SoC,
Single Chip 카메라 제작이 가능하고, 나아가 고성능의 마이크로 로세서가
목된 상 SoC의 구 이 가능하여 CIS 시장이 확 될 것이다.
이미지센서는 1967년 Fairchild, RCA등을 심으로 CIS를 개발하기 시작하
으나, 80년 MOS구조에 비해 고해상도 구 , 잡음 특성 등 많은 장
을 갖고 있는 CCD 기반의 이미지 센서가 개발되었다.
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CMOS
재출
비정질
실리콘
사용
1991
․IVP VVL이 수동형 화소 구조로서 CMOS Area Arrays 상
업화
․ 한 Texas Instruments, Hamamatsu, NHK Olympus는
고유 설계 추구
1992․JPL이 우주공간의 Radiation에 강한 능동형 화소 센서 개발
․1993년에 최 의 CMOS APS Array 출시
1997․Canon, dpiX EG&G( PerkinElmer)에 의해 독자 으로
X선 촬 용 비정질 실리콘 Area Arrays 최 상업화
1998․Suni Imaging Microsystems의 Suni에 의해 치과용 디지털 X
선 촬 용 Hybrid CCD-CMOS 구조 상업화 제조
2002․Foveon사가 각 화소에서 모든 3가지 색의 감지가 가능한 고
유 CMOS 제품을 CalTech으로부터 도입
나. 이미지센서의 개념 종류
이미지센서는 빛을 기 신호로 바꿔주는 반도체로 휴 폰 카메라, 디지
털 카메라 등의 주요 부품이며, 상을 디지털 신호로 생성해 내는 상 촬
소자로 제작공정과 응용 방식에 따라 크게 CCD와 CMOS 두 종류로 구
분된다.
CCD는 화상 품질을 극 화시킬 수 있는 방향으로 제조 공정을 채용하여
고가의 디지털 카메라 등에 주로 사용되고 있으며, CMOS는 비교 단순한
제조 공정으로 원가가 상 으로 렴하고 크기가 작아 휴 폰 카메라에
주로 많이 사용되고 있다.
최근에 IT 기기의 소형화 추세, 상 가격 우 , 기술 격차 감소 등으로
CMOS가 CCD의 주력 시장까지 빠르게 잠식하고 있다.
구분 선명도 가격 력 소모량 크기 비고
(CCD)
高 高 高 大 -
(CMOS)
低 低 低반도체 표
공정 사용
<표 2-2> CCD와 CMOS의 상대적 비교
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CCD는 지난 1960년 말경 처음 개발되어 주로 성 련장치, 과학기재,
산업장비 등에 채용되었다. 이후 1970년 반에 와서 팩시 리, 캠코더와
같은 상용기기에 채용되기 시작하여 재는 상용기기 가 제품에 리
사용돼 이미지센서 에서 가장 큰 비 을 차지하고 있다. 한, CCD는
하를 수집, 장, 송할 수 있는 몇 개의 화소로 구성되어 있으며, 속 산
화막 반도체(MOS : Metal Oxide Semiconductor)와 같은 방식으로 디자인하
기 때문에 CCD 센서와 지원 칩을 하나로 통합하기 어렵다. CCD 센서에서
는 역형과 선형 등 두가지 형태가 있는데 역형은 캠코더, DSC, 보안카
메라 같은 2차원 이미지를 포착하는 장비에 사용하는 반면 선형은 팩시 리,
스캐 , 디지털 복사기와 같은 스캐닝 장비에 채용하고 있다.
CMOS는 CCD보다 약간 늦은 1970년 에 개발되었으나 당시에는 경제
⋅기술 가치가 없어서 지난 90년 까지 동면상태에 있었다. 1990년
스코틀랜드에 있는 VLSI 비 ( 재는 ST마이크로일 트로닉스에 합병)이
가 가 제품용 CMOS를 출시했다.
재 CMOS는 이미지센서 부문에서 비 이 커지고 있어, 마이크로 로세
서나 메모리를 생산하는 것과 같은 기술로 생산된다. CCD가 수동 인 반면
CMOS는 능동 이어서 각 화소에 있는 트랜지스터를 통해 하를 읽어 들
인다.
<그림 2-3> CMOS 이미지센서
제품 : Motorola MCM20027 1280×1024 pixels
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2. 이미지센서의 기술 특성
가. CCD 이미지센서
CCD(Charge Coupled Device) 센서는 량(photon)에 의한 각 셀 내의 자
유 하량 의 변화를 기 신호로 변환하는 구조를 가진다. CCD 센서는
실제 량에 의해 하가 축 되는 photo effective 역 축 된 하를
차례 로 송하는 통로역 할을 하는 shift register로 크게 구분된다. 각 셀
이 어떠한 array로 배치되어 상을 생성하느냐에 따라 area scan, line scan,
TDL line scan 등으로 나눠진다.
그 area scan 방식의 센서는 우리가 흔히 알고 있는 가장 일반 인
CCD 카메라에 사용되는 것으로 노출 송의 기본단 가 임 는 필
드가 된다.
(1) 송방법에 따른 분류
(가) Interline transfer 방식
Interline transfer 방식은 거의 부분의 아날로그 CCD 카메라에서 사용하
는 방식으로 각 셀 에 축 된 데이터를 수평 수직 방향으로 옮겨 데이터
를 송하는 방식이다. 셀에 축 된 값이 vertical shift register를 통해 각 열
별로 이동하여 horizontal shift register를 통해 행별로 출력되게 된다.
<그림 2-4> Interline transfer
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◉ Interline형 CCD의 구조
<그림 2-3>에 일반 인 Interline형 CCD의 구조를 나타내었다. 모든 CCD
Cell들이 빛을 기로 바꾸는 과정에 참여하는 것이 아니고, 신호의 송을
담당하는 송용 CCD Cell들이 변환 CCD Cell들 사이에 치하고
있다.
- 변환부 : Photodiode에서, 입사 을 하로 변환
- 수직 송 CCD : 변환부의 하를 받아들여 장
- 수평 송 CCD : 수평주사주 수기간마다 수직 송 CCD에서 화소 1렬분
의 하군을 송받음
- FDA부 : 신호검출증폭회로
수평 송CCD의 내용을 순차 으로 CCD외부에 출력
<그림 2-5> Interline형 CCD 구조 모식도
◉ Interline형 CCD의 화소 신호 읽기 방식
각각의 CCD Cell이 변환 과정을 통하여, 축 하고 있는 기 신호들
은 수평 수직 송용 Cell들을 통하여 소자의 외부로 이송되어지는데, 이
러한 이송을 하여 CCD Cell들을 어떤 순서로서 읽어 낼 것인지를 결정짓
는 것이, CCD의 읽어내기 방식이다. 이에는 1행 읽어내기 방식과 2행 읽어
내기 방식이 있다. 읽어내기 방식은 빛을 축 하는 시간과 한 련이 있
으므로, 이에 따라 Frame 축 방식, Field축 방식과 같은 용어를 사용하여
분류하기도 한다.
A. 1행 읽어내기 (Frame 축 )
- 8 -
- 2:1 Interlace 취득방식 (1행 걸러 화소 신호 취득)
- 노 시간 (1 화소가 다시 읽 지기까지의 시간) : 2 - Field기간(1-Frame
기간)
<그림 2-6> 1행 읽어내기 방식의 Frame 축적과 화소 상태
B. 2행 읽어내기 ( Field 축 )
- 1 Field의 화면 취득 시 화소의 축 정보를 부 읽어냄
- 화소의 노 시간 : 1-Field기간 ( Field-축 )
- 2행의 화소의 하량이 합하여져 수직 송CCD의 1Cell로 송됨
- 화소 모양 : 세로로 길면서, 홀수-짝수 Field간 반쪽이 서로 겹쳐진 상태
- 세로방향의 해상도면에서 문제소지 있음
<그림 2-7> 2행 읽어내기 방식의 Frame 축적과 화소 상태
(나) Frame transfer 방식
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이 방식은 주로 디지털 방식의 카메라에 많이 쓰이는 방식으로 <그림 2-6>
에서 보는 바와 같이 체 셀에서 photo effective 역이 차지하는 비율인
fill factor가 interline transfer 방식에 비해 월등히 높아져 더 좋은 감도의
상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 노출하는 셀과 장 송하는 셀이 별개
로 존재하므로 효과 인 exposure control이 가능하게 된다.
<그림 2-8> Frame transfer
(다) multiple output 방식
고속 카메라의 요구에 따라 한 임을 여러개로 나 어 동시에 송함으
로써 임 송 속도를 높이는 방법이 있다. 이때 한 임을 수직 는
수정방향으로 pixel by pixel로 분할하거나 임 체를 1/n으로 역 분
할하여 각 분할 데이터를 동시에 출력하여 출력 채 수 n배 만큼의 고속
임 송 속도를 얻을 수 있다.
(2) 노출방법에 따른 분류
(가) Frame integration interlaced
XC-003, 7500과 같은 특정 카메라에서는 연이어 두 필드를 노출하고, 한
임을 송하는 모드를 제공한다. 이 모드는 TV화면과 같은 물체를 검사
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할 때 유용하게 사용될 수 있다.
(나) Progressive scan
Interlaced 방식은 기본 으로 odd/even 각 라인의 노출시각이 다르므로
고속 물체 촬 시 깨끗한 상을 얻을 수 없다는 단 이 있다. 따라서 특히
고속 어 리 이션에 많이 사용되는 카메라가 progressive scan을 지원하는
카메라이다. 이 방식은 필드단 가 아닌 임단 로 순차 으로 노출하므
로 라인간의 노출차가 거의 없다. 한 카메라에 따라 임을 각 필드별로
분리하여 두개의 출력으로 냄으로써 당 60필드 60 임의 고속 출력
도 얻을 수 있다.
나. CMOS 이미지센서
CMOS 이미지센서의 화소 구조를 살펴보면, 주로 1화소를 구성하는 요소
가 MOSFET 1개와 포토다이오드 1개로 구성되므로 MOSFET의 숫자에 따라
1-Tr, 3-Tr, 4-Tr 구조 1.75-Tr, 2-Tr 구조 는, 1.5-Tr 구조 등으로 구분된
다.
(1) 1-Tr Structure
1 Tr Structure의 경우 그림과 같이 아주 간단한 구조로 구성된다. 1 pixel
을 구성하는 요소가 MOSFET 1ea, Photo Diode 1ea로 구성되므로 동일한
pixel size에 해서 2 ~ 4TR 구조의 pixel 보다 수 부 면 을 크게 할 수
있는 장 이 있다. 한 70 ~ 80 %에 이르는 fill factor를 얻을 수 있다. 그
러나 signal readout시 noise level이 략 250 e- [r.m.s] 정도로 매우 크게
나타나며, signal 증폭용 sense amp(S/A) signal 장용 capacitance가
bus line 끝단에 존재하므로 parastic capacitance의 향을 많이 받아 결과
으로 Fixed Pattern Noise(FPN)가 크게 나타나는 단 이 있다. 이러한 구조
로는 photo-diode type passive pixel구조와 Charge Modulation
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Device(CMD)가 있다.
그러나 CMD의 경우 standard CMOS process를 사용하지 않고 특별한
process를 용하기 때문에 non-CMOS active pixel sensor(APS)라고 불리기
도 한다. 1-Tr구조의 동작은 수 부에 빛이 입사하게 되면 이에 따라
EHP(Electron-Hole Pair)가 생성되고, 이 게 생성된 신호 하는 Tr의 gate
bias에 따라 출력단으로 달되는 방식으로 되어 있다.
<그림 2-9> CMOS형 1-Tr 구조
출처 : 하이칩스(http://www.hichips.com)
(2) 3-Tr Structure
1-Tr 구조가 가지고 있는 parastic capacitance에 의한 noise를 제거하기
하여 1968년에 일본의 Noble이 제안한 구조로써 1980년 후반에 NHK에서
개발한 구조이다. Pixel 내에 source follower를 삽입한 구조로써
photo-diode type active pixel sensor(APS)라고 부르기도 한다. 1 pixel내에
3개의 Tr과 1개의 photo-diode가 첨가되어 있으므로 1-Tr 구조에 비해 상
으로 fill factor가 낮으며, parastic capacitance에 의한 noise 제거를 해서
삽입된 source follower의 pixel간 threshold voltage uniformity에 따라 noise
가 발생할 소지가 증가하게 된다. Toshiba VLSI Vision 등 여러 회사에서
사용하고 있는 구조이기도 하다.
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<그림 2-10> CMOS형 3-Tr 구조
출처 : 하이칩스(http://www.hichips.com)
(3) 4-Tr Structure
Readout noise 억제를 해 1980년 에 일본의 Hamamatsu가 제안한 구조
이다. CCD의 출력단과 거의 흡사한 구조를 가지고 있으며, 4개의 Tr과 1개
의 photo-diode로 구성이 되어 있다. 이 구조의 경우 CCD와 마찬가지로 출
력단을 floating diffusion node를 이용하므로 image lagging이 발생할 소지
가 높다. 한 3-Tr 구조와 마찬가지로 pixel내에 존재하는 Tr들의 threshold
voltage uniformity에 따라 noise가 발생할 소지가 높으며, 1pixel당 Tr수가
상 으로 다른 구조에 비해 많기 때문에 fill factor가 낮은 단 이 있다.
기존의 4-Tr 구조가 가지고 있는 image lagging문제를 해결하기 하여
1993년에 JPL에서는 photo-gate type CMOS active pixel sensor(APS)를 제
안하 다. 4-Tr photo-gate type CMOS APS의 경우, photo-diode 상단부에
photo-gate라는 극을 올려 축 된 signal을 output floating node로
transfer가 잘 되도록 도움을 주기 한 구조이다. 그러나 photo-diode 상에
존재하는 photo-gate를 poly 극을 이용할 경우 제조된 소자의 응답 특성
이 나빠지는 단 (특히 blue response)이 있으며 이를 극복하기 해서
transparent한 극(Indium Tin Oxide : ITO)을 사용하기도 한다. 이러한
CMOS Image Sensor의 가장 큰 단 은 dark current가 크다는 것인데 이를
극복하기 해서 CCD에서 용하는 HAD(Hole Accumulated Device) 는
PPD(Pinned Photo-Diode) 구조를 용한다.
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기 술 CCD CMOS
신호 획득
방법
․Array를 따라 하를 단일
회로를 통해 압으로 출력
변환하도록 이동
․수동형 화소 : 게이트 하를
압으로 출력 변환
․능동형 화소 : 각 화소에서 압
으로 변환
화소 vs. 주변
회로
․화소에서 3~4개의 반투명한
계효과 게이트를 이용한 간
단한 설계이지만, 주변회로는
반도체 Chip 밖이어야 함
․수동형 화소는 1개의 트랜지스터
사용
․보통의 능동형 화소 설계는 3개의
트랜지스터를 가지지만, 외부회로는
체로 더 간단함
Chip vs.
시스템 설계
․간단한 범용 Chip 설계는
Chip 성능을 최 화시키고, 더
복잡하지만 유연한 시스템 설
계를 가능 함
․Chip 상에서 주변회로의 통합을
가능하게 하고 Chip 수를 이지만,
문 인 기술이 요구되며 다수의
회로 요소들을 잘 이해해야 함
․시스템 설계는 더 간단하지만 유
연성이 없음
화소 크기
․간단한 설계는 가장 작은 화
소를 고려하지만, 가장 큰 화소
는 고려하지 않음
․수동형 화소는 간단한 설계를 사
용하며 커질 수 있음
․능동형 화소는 화소 회로용 Area
<표 2-3> CCD와 CMOS형 이미지센서의 특성 비교
<그림 2-11> CMOS형 4-Tr 구조
출처 : 하이칩스(http://www.hichips.com)
다. CCD와 CMOS 이미지센서 비교 분석
CCD CMOS형 이미지센서의 특성을 비교해 보면<표 2-3>와 같다.
- 14 -
가 필요하며 화소수가 작아질 때 어
려움이 있음
화소수
임 이트
․화소수는 1천 6백만 이상
․순차 독은 빠른 Frame
Rate의 높은 화소수에서 Noise
를 더함
․화소수는 1천 6백만 이상
․빠른 Frame Rate의 높은 화소수
에서 Noise가 덜함
력 소비․ 력소비는 감소되었지만,
CMOS보다 큼
․CMOS는 부분의 경우에 력소
비에서 우수
압․다수의 높은 압원과 Clock
이 필요․일반 인 단일 압원 사용
제조 수율 ․상 으로 높은 수율
․Cell 복잡한 주변회로 때문에,
특히 더 좁은 선폭이 될 때 수율이
낮음
잡음․ 부분의 조건하에서 최고로
가능한 Noise 성능을 제공
․능동형 화소가 수동형 화소보다
더 Noise가 지만, 모두 CCD보다
부분 더 나쁜 Noise 특성
System
Integration
․Drivers, Timing, A/D
Conversion 등에 부가 인
Chip이 요구됨
․종종 외부 기능을 동일 Chip상에
통합 가능하지만, 낮은 Chip 수율을
보임
Blooming
면역성
․많은 제품에서 High
Contrast 화면시 문제될 가능
성이 있음
․CMOS 센서의 본질 인 설계가
화소 사이
의 하 설을 크게 감소시킴
Radiation
Tolerance
․ 하 송 방식인 CCD는 방
사능에 민감함․CMOS는 방사능에 덜 민감
Shuttering․Uniform Shuttering이 일반
․Uniform Shutter는 Fill Factor를
감소시키는 화소 내 회로를 필요로
하여 Rolling Shutter가 사용됨
Windowing
Subsampling
․ 체 행(Rows)을 모두 읽어
야 하며, Window 는
Subsample 기능이 어려움
․화소의 선택 어드 싱이 가능하
여 Windowing 는 Subsampling
에 한 많은 옵션을 제공
Responsivity
Dynamic
Range
․ 다수의 소자는 높은 Fill
Factor 높은 양자효율을 제
공하지만, 화소 크기는 제한됨
․큰 화소 크기나 특수한 설계들은
특성을 향상시키지만, 능동형 화소
는 이러한 회로들로 인해 Fill
Factor가 어듬
스펙트럼 범․특정 구조나 표 공정에서
스펙트럼 범 가 낮음
․포토다이오드 Arrays의 간단한 공
정은 더 좋은 스펙트럼 응답을 제공
하며, 분 기 등에 유리
가격
․기술의 성숙기로 인해 낮지
만, 외부 Chip으로 인해 시스
템 비용 증가
․CCD처럼 공정이 특화되었지만
가격이 떨어 졌으며, 일부 외부
Chip을 제거하는 설계는 시스템 비
용을 낮춤
구조․ 변환 반도체와 하결합
소자로 구성
․ 변환 반도체와 CMOS 스 치
로 구성
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원리․빛 에 지에 의해 발생된
하를 축 후 송
․빛 에 지에 의해 발생된 하를
반도체 스 치로 읽어냄
장․화질이 우수
․감도가 높음
․회로의 집 도가 높고 주변 IC의
One-Chip화가 가능
․ 소비 력(CCD의 약 1/10)
․가격이 렴
단
․가격이 비
․주변회로가 복잡
․주변 IC와 One-chip화가 불
가능
․잡음이 많이 발생
․감도가 낮음
․동 범 (Dynamic Range)가 좁음
응용
․고 품질 디지털 입력기기에
주로 사용
․고 화소 고품질 지향
․ 품질 디지털 입력기기에 사용
․지속 인 기술향상이 이루어짐
3. 이미지센서의 연구개발 동향
가. 용량 화소 기술
체 화면을 얼마나 잘게 세분하는가 하는 척도로서, 화소수가 많을수록
해상도는 높아지지만 화소수가 늘어나면 센서의 체 면 이 늘어나므로, 가
능한한 화소의 면 을 작게 만들어야 한다. 화소의 면 을 이면 수 부의
면 이 어서 감도가 낮아지게 되므로, 수 부를 제외한 면 을 이는 노
력이 필요하다.
(1) 국내 기술개발 동향
하이닉스 반도체는 국내 CMOS 이미지센서 설계 업체인 실리콘화일의 지
분을 인수해 CIS제품의 다양한 생산 기능을 확보하 으며, 카메라 폰용 300
만화소 이미지센서를 독자 으로 개발 에 있다. 300만화소 이미지센서
제품은 화소 하나의 pitch가 1.75마이크론이며, 재 이미지센서 주력 시장인
고화소 카메라폰 분야를 겨냥해 개발 이다.
삼성 자는 2006년 세계 시장 유율 13.4%에서 2007년 19%로 세계 2 를
- 16 -
유하 다. 한, 2008년에 개최된 '제17회 서울국제사진 상기자재 '에서
삼성 자가 개발한 1450만화소 CMOS 이미지센서를 탑재해서 삼성 테크
이 개발한 사양의 DSLR 'GX-20'를 발표했는데, 마이크로 즈의 간격
화소 단차를 최소화로 설계하여 수 률을 높 고, 이미지 센서시 트 방식의
학식 손떨림 보정기능(OSI), Dual Dust Removal기능, 방진, 방 기능,
LCD 라이 뷰 기능 등을 갖추고 있다.
동부하이텍 반도체부문은 2008년 30만(VGA), 130만, 200만 화소 CMOS
이미지 센서와 모듈 등 다양한 제품을 출시하 으며, 이러한 제품을 세계 휴
폰 시장의 약 46%인 3억5천만 ('06년)의 휴 폰을 생산하는 국 휴 폰
제조 시장에 CIS와 모듈 제품을 본격 으로 공 하는 계기가 될 것으로 기
하고 있다.
(2) 해외 기술개발 동향
소니는 2007년 1천 224만 화소 '엑스모어(ExmorTM)' CMOS센서와 이
비 한층 더 향상된 소니의 '비욘즈(BionzTM)' 이미지엔진을 탑재한 HDSLR
α700 모델을 발표했다. 이 카메라는 우수한 화질을 구 함은 물론, 풀
HDTV와 연결되는 HDMI단자 탑재로 사진촬 에서 감상에 이르기까지 최고
화질을 제시하는 문가용이다. '엑스모어(ExmorTM)' CMOS센서는 촬
된 data의 A/D 변환 과정에서 1차 으로 노이즈를 감소시키며, '비욘즈
(BionzTM)' 이미지엔진은 data가 다시 변환되는 과정에서 2차 으로 노이즈
를 다시 여줘 잡음을 최 로 감소시킨다.
2008년에 출시된 α900은 일본에서 열린 PIE(Photo Imaging Expo) 2008 행
사에서 처음 공개 는데, 2481만개의 화소를 지닌 소니의 새로운 풀 임
이미지 센서를 탑재하 다.
캐논은 2,110만 화소 35mm 풀 임 CMOS센서를 장착하고, 감도
ISO100 ∼1600에서 노이즈와 풍부한 계조, 고화질을 구 하는 ‘EOS 1Ds
마크 I ’를 출시하 다.
이스트먼 코닥은 2008년 7월에 발표한 50메가 픽셀 디지털 카메라용 이미
지센서 ‘KAF 1- 0100’은 해상도가 8176 ×6132이며, 화소의 pitch가 6마이크
- 17 -
론이어서 기존 제품에 비해 응답 속도가 빠르고 워를 게 소모할 뿐 아
니라 컬러가 더욱 생생하다는 장 이 있는 이 제품을 2008년 4분기부터 양
산할 정이다. 이스트먼 코닥이 08. 2월 발표한 'KAC-05020 이미지센서 '는
세계 최 로 pitch 1.4 마이크론에 5메가 픽셀 칩으로 재 모델보다 어도
두 배 이상의 감도를 보이고 있다.
니콘은 2008년 자체 개발한 이미지센서 풀 사이즈 1210만화소를 사용해서
DSLR `D3'와 `D300'을 개발하 다.
나. 소형 화소 기술
은 면 에 더 많은 화소를 내장해서 해상도를 높이고자 하는 노력이 계
속되고 있지만, 이로 인해 화소 면 이 어들면서 포토다이오드의 면 이
감소해서, 감도와 신호 잡음비(S/N)가 하되는 문제가 발생한다. 이에
따라 한 화소당 유효 트랜지스터 개수를 여, 포토다이오드의 면 을 최
로 만드는 셰어드 화소(Shared Pixel) 구조가 CIS에 속속 용되고 있다.
(1) 국내 기술개발 동향
삼성 자는 2005년 세계 최소형 720만 화소 CIS를 출시하며 본격 으로
CIS 시장에 진입하여, 이후 2006년에는 1.75μm 픽셀 840만 화소 CIS를 개발
했고, 2007년에는 1 .4μm를 용한 고 형 840만 화소 CIS를 발표하 다.
실리콘화일은 2002년 설립되어 이듬해인 2003년 이미 0.18um 기술을 용
한 CIS 시제품을 개발했고, 2005년에는 2.1 메가 화소 CIS 양산 제품을 출시
하여, 재 실리콘화일은 월 1000만개 이상의 이미지센서를 매하고 있다.
실리콘화일은 소형 화소 설계 능력을 가지고 있기 때문에 30만 화소, 130
만 화소, 200만 화소 CIS를 3마이크론 pitch로 구 하고 있고, 화소 pitch
2.25㎛ 수 인 500만 화소 제품을 1/2.5 inch 옵티컬 포맷으로 제작했다.
동부하이텍은 2008년 SETI와 공동으로 110 nm 공정기술을 이용해서 130만
화소 CIS를 공동으로 개발했다. 한 CIS 설계용 라이 러리를 개발, 국내외
설계 문 회사에 무상으로 공 한다고 밝혔으며, 90나노 CIS 라이 러리
- 18 -
도 개발해 CIS 문 운드리로서의 경쟁력을 강화해 나갈 방침이다.
(2) 해외 기술개발 동향
ST마이크로일 트로닉스는 2008년 모바일기기용 소형 단일 칩 카메라
이미지센서 VD6725를 출시하고, 2메가픽셀 이미지센서인 VD6725는 1600
×1200(UXGA) 의 화소를 가지며, 1.75마이크론 픽셀 설계를 용했다. 이 칩
은 6×6×3.8mm보다 작은 휴 폰 카메라 모듈에 합하며, UXGA 해상도에
서 당 15 임 , VGA 해상도에서 30 임으로 비디오를 재생시킨다.
마이크론 테크놀러지는 2008년 슬림형 휴 화, PC카메라, 휴 용 디지털
보조장치 등에 쓰이는 1/5인치 학계에 2메가화소를 가지는 이미지센서
MT9D113을 시스템 온 칩(SOC) 형태로 개발하여, 1.75 마이크론 화소 기술
과 디지털 클래리티(Digital Clarity(TM)) 기술을 용한 이 제품은 6.5mm
ⅹ6.5mm 카메라 모듈 사이즈를 가능하게 한다.
마이크론의 2메가픽셀 이미징 SOC 신제품 외에 1 .75-마이크론 픽셀 제품
군에는 1/2.5인치, 8-메가픽셀 센서(MT9E001), 1/3.2인치, 5-메가 픽셀 센서
(MT9P012), 1/4인치, 3-메가픽셀(MT9T013) 센서 1/4인치, 3-메가픽셀
(MT9T111), 1/6인치, 1.3-메가픽셀(MT9M113) 등이 있다.
옴니비젼은 칩에 내장하는 TrueFocus(TM) 기술로 만든 1/4인치, 3메가 화
소 카메라 칩 센서인 OV3642를 발표했다. OmniPixel3-HS(TM)기술로 만들어
진 이 제품은 다른 업체의 1/4인치 3메가픽셀 SOC센서보다 감 도
(960mV/Lux-sec)가 2배 정도 높다.
다. 화소 고화질 기술
카메라폰의 화소 수가 130만, 200만, 300만, 500만 화소 등으로 늘어남에
따라, VGA(30만화소) 이하 화소 CMOS 이미지센서의 수요는 잠시 주춤했
지만, 2007년 들어 상통화, 의료기기 네트웍 카메라의 수요 증가로 픽
셀 러스와 실리콘화일 등의 설계 회사를 심으로 VGA와 CIF(10만화소),
QCIF(2만5000화소) 등의 화소 이미지센서가 다시 수요가 늘어나고 있다.
- 19 -
특히, 3세 (3G) 무선이동통신 서비스 시장이 확 되는 것과 련, 가와
력을 동시에 구 해야만 하는 휴 화 상통화 카메라에 VGA 이하
이미지센서가 많이 쓰이고 있다. 한, 자동차용 카메라와 캡슐형 내시경 등
에서 화소 이미지센서의 수요가 늘어나고 있다.
(1) 국내 기술개발 동향
매그나칩 반도체가 10분의 1인치 즈구경에 화소크기는 2.2㎛수 으로
5X5X3㎜ 크기의 소형 카메라 모듈에 합한 VGA(640x480) 화소 고화질
의 CMOS 이미지센서(MC502ER)를 출시하 다. 컴퓨터, 핸드셋 카메라 등과
같은 디지털 기기에 사용되는 이 제품은 자사의 0 .13마이크론 CIS 공정 기
술을 사용한 잡음 픽셀 공정을 활용, VGA 의 화질을 지원하고, 자
사용 시 발생하는 자 간섭(EMI)을 일 수 있는 특화 기술과 화소 교정
기능을 갖추고 있어, 15dB 이상의 신호 잡음비(SNR)를 구 한다. 단일 2.8V
혹은 2.8V/1.8V의 듀얼 원공 방식을 지원하는 이 제품은 2008년 3분기
부터 양산에 들어갈 계획 한 매그나칩반도체는 8㎜x8㎜x5㎜ 크기에 130만
화소의 해상도를 실 하며, 2.8V의 력에서 작동하는 CIS를 학습 미경
용으로 공 하며 완구용 시장 개척에 나서고 있다.
삼성 자는 의료기기 문업체 바텍과 공동으로 방사선 의료기기의 핵심
부품인 정 엑스 이 촬 소자를 개발. 이 상 소자는 45 ×46㎝ 크기에
해상도 3072×3072의 944만 화소를 갖는 디지털 디텍터가 필름 역할을 신
하면서, 촬 과 동시에 상을 모니터로 송해 보여 으로써 상 시간을
70% 일 수 있다. 이 디텍터는 엑스선을 가시 선으로 변환해주는 엑스
이 컨버터, 가시 선을 다시 기신호로 변환해주는 포토다이오드와 이미지
보정시스템 등으로 구성 다.
픽셀 러스는 최근 동부하이텍의 0.18미크론 공정으로 캡슐내시경용 CIF
이미지센서 양산에 들어가 의료장치 업체인 인트로메딕을 통해 캡슐내시경
형태로 국내외 의료시장에 공 된다. 한 이 회사는 VGA 이미지센서 기
술을 응용한 생체인식칩도 출시, 10월쯤 양산에 들어갈 정이다.
실리콘화일은 2008년 넥스트칩과 공동으로 IP카메라용 130만화소 CIS를
- 20 -
개발하고 있다. IP카메라에 최 화된 제품을 개발하는 실리콘화일은 기존 휴
화용 이미지센서 기술을 바탕으로 보안카메라용 이미지센서를 개발
이다.
(2) 해외 기술개발 동향
마이크론 테크놀로지는 풀 해상도에서 최 당 60 임의 촬 이 가능
한 감시 카메라용 고성능 와이드-VGA 이미지센서(720×480 화소) 최신 모델
(MT9V033)을 공개했다. 1/3인치 학계의 이 제품은 앱티나의 독자기술로
고속으로 움직이는 물체를 촬 할 때 이미지가 번지거나 깨지는 상을
여주는 트루스냅(TrueSNAP S, NAP: Shu ter Node Active Pixel) 테크놀로
지를 활용해 구 했다.
라. 망
화소 기술별 동향을 살펴본 결과, 용량 화소 면에서는 2000만 화소 이상
의 화소를 가진 제품이 필름 카메라 체용으로 출시 으며, 소형 화소는 1
.4 마이크론 제품이 발표되었고, 통신용량을 고려해야 하는 상통화 부문에
사용되는 화소 고품질 이미지센서의 개발도 차세 휴 폰을 목 으로 제
품화 이며 작고 얇은 휴 폰에 쓰이는 카메라를 해 소형의 조립 기술
을 활용한 모듈이 계속 개발되고 있다.
이에 따라, 이미지센서의 경우 CMOS 방식이 CCD 방식(-7.3%)에 비해 휠
씬 높은 성장률을 보이고 있으며, CCD 방식은 별도의 공정이 필요하여 단일
칩 구동이 안 되기 때문에 시장은 향후 더 증가하지 않고 감소(-7%)할 것으
로 망된다. 한, CMOS 방식의 화질이 빠르게 개선되고 있고, CCD 방식
에 뒤지지 않는 제품들도 등장하고 있어, 디지털카메라 등 고화질을 추구하
는 제품에서도 CMOS 방식의 채용이 늘어날 것으로 망된다.
이러한 시장변화는 CMOS 센서 개발 생산에 주력하고 있는 국내업체에
유리하게 작용할 것으로 상된다.
- 21 -
제3장 시장동향 망
1. 산업동향
기 이미지센서 산업은 일본의 CCD센서 제조업체 주도로 성장하 다.
CCD센서는 MOS센서와 달리 용공정이 필요하고 제조가 까다로워 일본의
Sony, Sharp, Sanyo, Fuj , Matsushita에서 제조되었다. CCD센서는 이미지센
서로 최 화된 구조이지만 ISP, AFE, V-Driver Chip 등을 별도로 사용해야
하므로 소형/직 화에 어려움이 있다. 반면 CMOS센서는 기존 System LSI
공정을 그 로 사용할 수 있고, Analog/Digital 회로의 집 화가 가능하여
소비 력, 제조비용, 사이즈 등에서 장 이 있다.
<그림 3-1> 이미지센서 세계시장 전망
출처 : TSR, 2007.5
최근 휴 폰의 수요가 증함으로 인해 카메라 폰에 사용되는 디지털 이미
지센서 역시 폭발 인 수요에 응해가고 있다. 해외의 여러 기업에서도
CMOS형을 심으로 시장에 참여하고 있는 실정이며 고화질과 력을 추
구하는 CMOS형의 센서가 앞으로 주종을 이루며 개발될 것으로 망된다.
이미지센서의 분야에서 우리나라가 차지하는 비 은 반도체 공업과 속한
자공업의 발달로 세계에서도 손꼽히는 정도가 되었다. 특히 국내 소기업
- 22 -
(D기업)에서 개발, 생산한 CMOS 포베온 센서가 새로운 각 을 받고 있다.
오늘날의 이미지센서는 주로 카메라폰이 40%, 디지털스틸 카메라가 25%,
캠코더가 12%, 보안 감시분야에서 12%, PC 기타가 나머지 11% 정도를
차지하는 정도이다. 향후 이미지센서의 용도별 추세를 보면, 카메라폰이 역
시 주종을 이룰 것으로 보이며 캠코더는 디지털 스틸 카메라가 동 상 기능
까지 감당할 것이므로 감소세로 이어질 것으로 상되는 반면, 패턴 인식기
능, 로보틱스 같은 새로운 분야로의 개발이 활기를 띌 것으로 보인다.
<그림 3-2> 이미지센서의 향후 전망
출처 : kisti, 2007
2. 국내 시장동향
국내 시장은 고기능의 고가 휴 폰군과 음성 통화 SMS 주의 단순기
능의 가 휴 폰군으로 제품 가격의 양극화가 일어나고 있으며 이러한
상은 앞으로도 가속화될 것으로 상된다. 특히, 국내 시장에서 카메라폰의
폭발 인 인기에 힘입어 이미지센서 수용 시장이 비약 인 성장을 거듭하고
있으며, 2008년에도 그 성장세는 계속 지속되고 있다.
국내 카메라폰 수요 증가와 함께 이미지센서 생산은 지속 으로 확 되고
있는 상황이며, 연도별로 생산 추이를 살펴보면, 2003년은 700억원으로 년
보다 58.1% 증가하 고 2004년은 1,271억원으로 81.5% 폭 확 되면서 2006
- 23 -
년 이후에도 높은 증가세를 보이고 있다.
구분 2003 2004 2005 2006 2007 2008
생산 70,018 127,069 165,444 213,257 269,557 338,024
수출 4,016 8,675 12,145 15,813 20,003 24,964
<표 3-1> 이미지센서 국내시장 현황
(단위 : 생산-백만원, 수출- 천불)
출처 : 한국전자산업진흥회
국내 CMOS 시장은 카메라폰의 호황, 운드리에서의 개발양산 가능 등으
로 인하여 격히 성장, 재 세계시장 유율이 약 35%에 이르고 있다. 국
내에서 사용되는 CMOS의 50% 이상을 매그나칩 반도체에서 생산하고 있으
며 그 외에 CMOS 문 설계업체인 픽셀 러스, 실리콘 일 등이 CIS를 운
드리 탁을 통하여 생산하고 있다.
구분 단 2003 2004 2005 2006 2007 2008
생산
수량
(백만개)24 80 130 188 272 307
액
(억원)6,820 10,850 15,000 21,690 30,000 33,900
수출
수량
(백만개)11 50 115 160 220 250
액
(백만불)198 600 805 1,040 1,320 1,490
<표 3-2> CMOS 이미지센서 국내 시장규모 추이
출처 : 한국전자산업진흥회
국내 카메라폰 시장을 살펴보면, 2002년 국내에서는 체 카메라폰 수요의
16%에 달하는 211만 의 카메라폰이 출하되었다. 2003년 들어 카메라폰은
1/4분기 매월 30만 수 의 매량을 보이다가, 4월 32만 , 5월 44만
로 2/4분기에는 월별 휴 폰 매량의 35%를 넘어섰다. 한 2005년에는
1,065만 로 84%, 2006년에는 1,224만 로 카메라폰 수요의 87%를 나타내고
있다.
- 24 -
<그림 3-3> 국내 카메라폰 시장
(단위 : 만대)
출처 : LG경제연구원, 2003
3. 해외 시장동향
가. 시장 동향
세계 이미지센서 시장은 2006년 66억 달러에서 2007년 70억 달러를 기록
하 으며 연평균 5.8%의 성장을 망하고 있다. 이 가운데 상 으로 단가
가 렴한 CMOS 센서의 비 은 지속 으로 늘어날 것으로 망되며 이는
업체간 가격 경쟁을 더욱 심화시킬 것으로 상된다. 그에 따라 신제품개발,
신규 용 시장개척 등의 다각 인 노력이 업체에 요구되고 있다.
500만 화소 이상의 디지털카메라 캠코더 등 고화질의 요한 응용분야
에서는 여 히 CCD 센서가 주류이며, 력 특성과 가격경쟁력, 모듈 소형
화 등이 요 요소인 핸드폰 등의 모바일 IT기기 분야에서는 CMOS 센서가
CCD를 체해가고 있다. 그래서 CCD 센서의 최 시장은 디지털카메라로
CCD 시장의 56.2%를 차지하고, CMOS 센서의 최 시장은 휴 폰으로
CMOS 시장의 49.7%를 치지하고 있다.
- 25 -
<그림 3-4> 시장 규모 및 종류별 비중
출처 : iSuppli, 2008
이 에서 상보안 시장에 용되는 이미지센서는 CCD 센서로, 화질, 감
도, 조도 특성이 주요한 요구사항이기 때문에 앞으로도 지속 인 수요가
있을 것이라 상된다. 재 CCD 센서 시장에서 두번째 응용분야로 <표>에
서 볼 수 있듯이 ‘08년 기 디지털카메라에서 이어 CCTV카메라가 15.7%의
시장을 차지하고 있다.
구분 07년 08년 09년 10년 11년 12년 CAGR
디지털카메라 56.2 58.5 54.4 50.8 49.0 44.9 -14.0
CCTV카메라 17.1 15.7 17.7 19.8 20.9 20.3 -6.9
휴 폰 5.3 4.9 5.3 4.6 4.0 3.9 -15.6
방송 장비 3.9 3.1 3.4 3.9 4.2 4.8 -6.0
복합기/ 린터 5.0 4.5 4.6 5.1 5.4 6.5 -5.4
캠코더 3.3 2.7 2.5 2.6 2.1 1.9 -19.1
기타 9.2 10.4 12.1 13.2 14.4 17.6 2.5
<표 3-3> CCD 적용 시장별 시장 비중 및 연평균 시장 성장률
(단위 : %)
출처 : iSuppli, 2008
CMOS 이미지센서는 IC제조 로세스기술로 제조할 수 있어서 반도체제조
업체 각사가 빠짐없이 모두 참여하고 있다. 소비 력, 코스트의 특징을
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살려 휴 화에서 시장을 확 하고 있으며, 학마우스 PC용 카메라, 완
구용 카메라 등 다양한 용도에 응할 수 있는 제품을 각각 라인 업하여 성
장시장을 견인하고 있다.
구분 07년 08년 09년 10년 11년 12년 CAGR
휴 폰 49.7 45.7 43.9 44.2 46.0 46.2 12.7
디지털카메라 14.1 20.8 27.7 30.5 29.8 29.6 32.7
국방/우주ㆍ항공장비 6.0 4.9 3.6 2.9 2.4 2.1 -7.0
보안 장비 5.6 4.6 4.2 4.2 4.7 4.4 8.9
모바일 PC 4.3 6.7 6.5 6.1 6.0 6.0 22.1
POS 장비 2.8 2.5 2.1 1.9 1.9 1.9 6.0
기타 17.4 14.9 12.0 10.2 9.3 9.8 1.9
<표 3-4> CMOS 적용 시장별 시장 비중 및 연평균 시장 성장률
(단위 : %)
출처 : iSuppli, 2008
나. 업체 동향
재까지 부분의 상보안 시장의 카메라에는 30만~100만 화소를 갖고
크기는 1/3~1/4인치의 CCD 센서가 주로 사용되고 있으며, 주요 업체는
Sony, Sharp, Matsushita, Sanyo, 등의 일본 CCD 제조업체 General
Electric, Siemens 등이 있다.
CCD 센서의 원천 기술을 Sony, Sharp, Matsushita등의 일본 업체들이
부분 보유하고 있으며, 시장 유율 한 96% 정도를 차지하고 있다. 이러한
상황으로 인하여 CCD 센서를 공 받고 있는 완성업체는 일본 CCD 제조업
체의 업 략에 상당 부분 의존하고 있다.
Sony의 경우, 세계 1 의 CCD 제조업체이며 CMOS 센서 분야에도 본격
으로 참여하여 세계 5 의 매출 실 을 올렸다. 하지만 세계 인 수요
증가에도 불고하고 CCD 증산 계획을 수립하지 않고 있다. Sony를 보함한
일본의 주요 CCD 제조업체들은 CCTV카메라 캠코더용 CCD 생산보다는
디지털카메라용 CCD를 우선 생산해 공고하고 있다. 뿐만 아니라 CCD 수
불안이 알려지면서 세계 으로 가수요까지 발생하는 등 시장의 센서 수
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상황은 주요업체의 공 제한 략에 향을 받고 있다.
<그림 3-5> 이미지센서 업체별 시장 점유율-매출액 기준
출처 : iSuppli, 2008
이미지센서 세계시장 유율을 살펴보면, 해외 주요업체로는 Micron,
OmniVision, Toshiba 등을 들 수 있는데, 이들 세업체가 세계 시장의 약
50%를 유하고 있다.
업체명2004년 2005년
매량 유율 매량 유율
MagnaChip 32,730 16.7 24,830 6.7
Toshiba 31,095 15.8 60,634 16.3
OmniVision 25,200 12.8 62,240 16.7
Sharp 18,788 9.6 22,590 6.1
Sony 16,408 8.4 25,918 7.0
ST Micro 16,200 8.2 38,300 10.3
Agilent 13,580 6.9 13,700 3.7
Samsung 10,749 5.5 28,490 7.7
Micron 10,600 5.4 62,920 16.9
Sanyo 6,818 3.5 6,070 1.6
FFM 5,695 2.9 7,280 2.0
MEI 2,354 1.2 11,170 3.0
Other 6,283 2.3 7,880 2.1
Total 196,500 100.0 372,022 100.0
<표 3-5> 이미지센서 세계시장 점유율(단위 : 개, %)
출처 : TSR
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CMOS 가격동향을 살펴보면, ‘05년 비 ’06년의 경우, 30% 이상의 가격
하락으로 특히, 고화소 뿐만 아니라 VGA 시장에서도 가격 압박이 더욱더
심해 질 것으로 상된다.
구분 2004년 2005년 2006년VGA 5,600 4,700 3,8001.3M 9,800 7,900 6,3002M 21,500 17,700 11,200
<표 3-6> CMOS 이미지센서 가격동향(단위 : US ＄, 개)
출처 : TSR, 2005.11
다. 제품 동향
(1) 카메라폰
CCD 비 CMOS 이미지센서의 가장 큰 장 인 력 소비와 가격, 작
은 Module size 등으로 인해 CMOS 이미지센서의 주요 성장동력이 되고 있
으며, 2004년 1억 6000만 , 2005년 3억 의 매를 기록하 다.
2005년 세계 휴 폰 매량 카메라폰의 비 은 약 45% 이 으며,
2009년경에는 약 75%까지 신장될 것으로 상, 그 의 95% 이상이 100만
화소 이상의 megapixel camera phone이 될 것이다.
<그림 3-6> 카메라폰 판매량 중 CMOS 이미지센서 내장 비율
출처 : Data Garage
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(2) 디지털 카메라
디지털 카메라의 보 률 상승 Low-end 디지털 카메라 시장이 카메라폰
에 잠식당하는 상이 실화하면서 2005년도의 시장규모 증가율이 감소하
다. 2004년에는 세계 으로 년 비 40% 증가한 6,800만 가 팔렸으
나, 2005년에는 2004년 비 22% 증가한 8,400만 를 나타냈다.
한, 5백만~7백만 화소의 범용 디지털 카메라 시장이 정체되면서 업체들
은 경쟁 탈피 마진 확보를 해 디지털 일안 반사식 카메라(DSLR:
digital single lens reflex)를 경쟁 으로 출시하고 있다. 2004년 DSLR 카메라
는 체 디지털 카메라 매량의 3.4%를 차지하며 세계 으로 205만 가
매되었으나, 시장규모가 격히 확 되어 2009년에는 790만 매에 9.6%
유율을 기록할 것으로 상된다.
<그림 3-7> 현재 시판중인 DSLR
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(3) 보안용 카메라
보안용 카메라는 9.11 사태를 기 으로 하여 시장규모가 연평균 35%씩 폭
발 으로 성장하고 있다. 재까지 부분 30만~100만 화소를 갖고 크기는
1/3~1/4 inch인 CCD 이미지센서가 채용되고 있으며, 주요 업체는 Sony,
Matsushita, Sanyo, Hitachi, JVC 등의 일본 CCD 제조업체가 있다.
한, 0.18㎛m 이하의 미세공정 용에 의한 CMOS 이미지센서의 고화소
화 가격화, 고기능화 경향에 비추어 보안용 카메라 시장에서도 CCD 이
미지센서를 차 체해 나갈 것으로 상된다.
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제4장 결론
이미지센서 산업은 일본기업 주의 지배시장에서 국내휴 폰 제조사의
Global Market share 확장과 CMOS센서 시장 확 를 바탕으로 국내 기업에
서도 모듈 제조와 부품산업에 해 경쟁력을 갖추게 되었다. 다만, 일본, 미
국 등 선발 기업의 원천 특허 공세와 국, 만의 Low Cost 으로 국내
이미지센서 산업 성장에 우려가 되고 있다. 하지만 기업과 소 문기업
의 꾸 한 신제품 개발과 상호 력으로 을 방어하고 시장 지배력을 넓
가는 이다.
반면 시장 환경에서 Mobile Phone 제조 Top5 업체의 지배력 강화와
Global 무한 경쟁으로 인한 단말기 제조사에 Cost Leadership 가치 제공으로
부품 산업에서 기업/ 소기업을 가릴 것 없이 Cost 압박을 받고 있으나,
이에 한 극복 방안으로 생산지 략과 생산 시스템 신을 통한 제조경비
감, M/S 확 를 통한 규모의 경제실 , High-end 신제품 개발을 통해 수
익구조 개선에 힘쓰고 있다.
국내 이미지센서 산업의 지속 성장과 발 을 해서는 각 요소 부품간의
개발 기 단계부터의 R&D 력을(부품간 선행 Design, 상호 Test bed 제공
등) 통하여 개발기간 단축과 비용 감이 이루어져야 된다. 이를 해서는
기업과 국내 기술력 우수 소 업체간 기술 교류, 략 제휴 등을 통한 상
생 력 체제 구축이 이루어져야 할 것으로 단된다.
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<참고문헌>
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2. “이미지센서 기술로드맵”, 자정보센터, 2008
3. “Image sensor의 시장 동향”, 정보통신연구진흥원, 2008
4. “이미지센서(CMOS, CCD) 기술 시장동향” 자부품연구원, 2003
5. “이미지센서(CMOS, CCD)”, 한국발명진흥회, 2005
6. “카메라모듈 부품 동향 분석”, 자부품연구원, 2008
7. “이미지센서(CMOS, CCD)”, 한국과학기술정보원, 2007
8. “CMOS 이미지센서”, 자부품연구원, 2005
9. “이미지센서 산업동향”, 자부품연구원, 2008
10. “CMOS 이미지센서 특허동향”, 한국특허정보원
11. “CMOS 이미지센서”, 한국 자정보통신산업진흥회, 2002
12. "일본의 이미지센서 동향“, 한국 자산업진흥회, 2006
13. http://vtek.ipel.pe.kr/documents/ccd.html
14. http://www.itsoc.or.kr/business/file/2006_07_04.pdf
