제목 : 이미지 센서

【기술 및 시장 동향】

제목 : 이미지 센서

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< 목차 >

1. 기술개요 ··· 1

가. 기술의 소개 ··· 1

1) 기술의 특징 ··· 1

2) 기술의 용도 ··· 7

3) 국내외 기술개발동향 ··· 8

4) 국내외 특허출원 현황 ···11

2. 시장동향 ···14

가. 국내외 시장규모 및 성장성 ···14

1) 기술의 구체적인 시장현황 및 성장률 ···14

2) 기술의 향후 시장전망(시장규모 및 성장성) ···16

3) 법적, 제도적 지원 및 규제장치 ···16

3. 업체동향 ···18

가. 기술의 주요 생산 및 수요업체 현황 ···18

1) 주요 생산업체별 매출 규모 및 시장점유율 ···18

2) 주요 수요업체 리스트 ···21

4. 수출입 현황 ···22

가. 수출가능성 및 수입대체효과 평가 ···22

1) 기술의 수출입 현황 ···22

2) 기술의 수입대체 효과 ···24

5. 색인어 ···25

6. 참고문헌 ···25

이미지 센서(Image Sensor)

1. 기술개요

가. 기술의 소개 1) 기술의 특징

이미지센서(Image Sensor)는 광학 영상(Optical Image)을 전기적 신호 로 변환시키는 반도체 모듈로서, 그 영상신호를 저장 및 전송, 디스플레이 장치로 표시하기 위해 사용한다. 이미지센서에는 실리콘 반도체를 기반 으로 한 고체 촬상소자(CCD : charge coupled device)와 상보성 금속 산 화막 반도체(CMOS : complementary metal oxide semiconductor)로 크게 두 가지로 분류된다. 보통 CMOS형 이미지센서는 CIS(CMOS Image Sensor)라고도 한다.

CCD형 이미지센서와 CMOS형 이미지센서는 공통적으로 광을 받아 들여 전기신호로 전환하는 수광부를 가지고 있으며, CCD형 이미지센서는 이 전기신호를 CCD(전하결합소자)를 통해 전달하며 마지막 단에서 전압 으로 변환을 하게 된다. 반면에 CMOS형 이미지센서는 각 화소에서 전 압으로 신호를 변환하여 외부로 보내게 된다.

<그림1-1> CCD 및 CMOS 이미지센서의 구조

자료 : 코닥, www.proshots.com

① CCD 이미지센서

CCD는 지난 1960년대 말경 처음 개발되어 주로 위성 관련 장치, 과 학기재, 산업장비 등에 채용되었다. 이후, 1970년대 중반에 와서 팩시밀 리, 캠코더와 같은 상용기기에 채용되기 시작하여 현재는 상용기기 및 가 전제품에 널리 사용돼 이미지센서 중에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다.

<그림1-2> CCD 이미지센서

자료 : (주) 플래닛82

CCD는 전하를 수집, 저장, 전송할 수 있는 몇 개의 화수로 구성되어 있다. CCD는 금속 산화막 반도체(MOS : Metal Oxide Semiconductor)와 같은 방식으로 디자인하기 때문에 CCD 센서와 지원 칩을 하나로 통합하 기 어렵다. CCD 센서에는 전하를 전달하는 방식에 따라 IT(Interline Transfer)방식, FT(Frame Transfer)방식, 그리고 FIT(Frame Interline Transfer)방식으로 나뉘어 진다.

종류 장점 단점

IT CCD (IL CCD) 작은 Chip 크기 가격대비 성능이 우수

작은 개구율 높은 스미어 레벨

Charge Reset 노이즈가 많이 발생

동적범위가 좁음

FT CCD

수평 해상도 높은 개구율 셔터 기능 간단한 구조

Chip 크기가 큼 높은 스미어 레벨

FIT CCD

낮은 스미어 레벨 IT형과 FT형의 장점만 채택

전자셔텨에 의해 동작

Chip 크기가 큼 작은 개구율 스미어현상 억제 자료 : 픽셀플러스, 디지아이

<표1-1> CCD 이미지센서의 전달방식에 따른 특성 비교

<그림1-3> 전하 전달 방식에 따른 CCD 이미지센서의 종류

자료 : Photometrics

CCD 이미지센서는 수광부(광전변환부)인 포토다이오드와 전하 전송 부인 VCCD, HCCD와 신호 출력부(output Sensing Amp Region)인 부동 확산 (Floating diffusion), 리셋 게이트(Reset Gate), 출력 게이트(Output

Gate), Sense Amp로 구성된다.

수광부는 입사된 빛에너지를 전기신호로 변환하는 역할을 하며, 면적 이 클수록 단위시간당 동일한 입사광에 대하여 많은 빛을 받아들일 수 있 으므로 축적되는 전하량도 증가한다. 동일 수광부 면적에 대해 단위시간 당 동일한 입사광에 대해 축적되는 전하를 수광부에서 얼마나 수용할 수 있는가가 CCD의 특성을 결정하는 중요한 요소이다.

전하 전송부는 수광부에서 축적된 전하를 손실없이 출력부로 전송하 는 역할을 한다. 수광부에서 전하 전송부를 거쳐 축적된 전하는 최종적 으로 FD(Floating Diffusion) 영역에 축전된다. FD에 축적된 전하는 크기 에 비례하는 전압으로 감지되며, 감지된 신호 전압은 출력신호를 검출하 게 된다. 즉, 신호 출력부는 CCD에 입사한 빛의 강도에 비례하여 축적 되는 신호 전하를 아날로그 전압으로 검출하는 역할을 한다.

<그림1-4> CCD 이미지센서의 구성 <그림1-5> CCD의 내부구조

자료 : 픽셀플러스 자료 : 전자부품연구원, EIC

② CMOS 이미지센서

CMOS 이미지센서(CMOS Image Sensor)는 CMOS 반도체 공정을 이 용해 제작된 소형 이미지센서로 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 신호로 바꾸어 사람이 디스플레이장치로 이미지를 재현할 수 있도록 해주는 반도 체 소자이다.

CMOS 이미지센서는 1967년 처음으로 수동형 화소(Passive Pixel) MOS형 이미지센서가 RCA(Sarnoff)의 Weimer, Fairchild의 Weckler 등에 의해 개발되었으나, 잡음이 심해 1990년도까지 성과를 내지 못했다. 이후 1990년 NHK/Olympus에서 amplified MOS Imager(AMI)를 발표했고, 1993년 Edinburgh 대학에서 최초의 CMOS 타입의 카메라 칩을 발표한 이후, 같은 해 JPL에서 CMOS type Active Pixel Sensor(APS)를 발표하고 1995년 미국 대학 및 연구기관에서 본격적인 CMOS 이미지센서에 대한 개발이 시작되었다.

<그림1-6> CMOS 이미지센서

자료 : 플래닛82

CMOS 이미지센서의 구조는 CCD와 같이 빛을 받아들이는 수광부는 픽셀(포토다이오드 또는 포토트랜지스터)로 이루어져 있지만, 광 차단 박 막 금속통을 기판 가까이 형성하기가 어렵다는 점이 있고, 여러 층의 금 속 배선 층을 사용하기 때문에 수광부와 최종 상단의 Micro-lens까지의 거리가 좀 멀다는 단점이 있다.

<그림1-7> CMOS의 내부구조

CMOS 이미지센서는 CCD 이미지센서와는 달리 전하 전송부 채널이 있는 것이 아니고, 마치 DRAM처럼 Cell에서 바로 전압이 변환된다. 따 라서 화소마다 몇 개씩의 트랜지스터가 필요하기 때문에 수광부 면적비율

자료 : 플래닛82

CCD image sensor CMOS image sensor 수광방식 PN 다이오드 수광부(10) PN 다이오드 수광부(20)

픽셀구조 *Bunket relay 방식

*전하는 소자의 출구에서 전압으로

*전하는 단위화소의 증폭기에서 전압으로 변환

이 줄어든다.

CMOS 이미지센서는 모든 기능을 One-Chip화 할 수 있으며, 낮은 구동 전압을 사용하기 때문에 전력소모 또한 낮아서 배터리의 사용기간을 연장시 킬 수 있다. 그 외에도 영상 신호 처리 등 논리 회로의 집적화로 COC(Camera On a Chip)가 가능 한 것이 장점이다.

<그림1-8> One-Chip화 된 CMOS 이미지센서의 구성

자료 : 하이칩스

③ CCD 이미지센서와 CMOS 이미지센서의 비교

<표1-2> CCD 이미지센서와 CMOS 이미지센서의 비교

변환

*감도(1A/W), S/N양호

*smear 현상

*복수의 전원전압 (+15v, +3.3v, -7.5v)

*고화소

*저전압(+2.8v), 단일전원 구동 → 소비전력 낮음

*smear 현상 없음

*감도(0.5A/W이하), S/N불량(FPN)

*저화소

구동회로

*3칩

-이미지센서

-A-D컨버터(CDS/SGC,A-D) -구동회로

(수직드라이버, 타이밍, 싱크)

*단일칩

-이미지센서+AGC+A-D+타이밍+

싱크제너레이터

제조방식 전용라인 범용 CMOS라인

가격 고가 저가

자료 : 플래닛82

2) 기술의 용도

이미지센서는 주로 캠코더, 디지털 스틸 카메라, PC카메라, 이중기능 카메라, 휴대폰 카메라, 개인휴대단말기(PDA) 및 핸드헬드 PC 카메라, 보 안용 카메라(CCTV 카메라), 게임기, 장난감 카메라, 자동차, 생체인식장 치, 내시경 등과 같은 매우 광범위한 분야에서 활용되고 있다.

<그림1-8> 이미지센서의 활용 분야

이미지센서 ^{지문인식기}

디지털카메라

스캐너

자동차

바코드 리더기

게임기 및 장난감 PC 카메라

보안카메라 의료용 기기

PDA 및 Mob ile

광마우스

이미지센서 ^{지문인식기}

디지털카메라

스캐너

자동차

바코드 리더기

게임기 및 장난감 PC 카메라

보안카메라 의료용 기기

PDA 및 Mob ile

광마우스

자료 : 알앤디비즈

3) 국내외 기술개발 동향

세계 이미지센서 시장의 90%를 일본 업체가 장악하고 있는 만큼 일 본의 기술수준은 매우 높다. 하지만 그 동안 일본 업체들은 CCD(고체촬 상소자) 이미지센서 개발에 주력했기 때문에 CMOS 이미지센서 분야에서 는 국내 업체들과의 기술격차가 나지 않는다. 최근 일본 업체들이 CMOS 이미지센서 분야로 진출하기 시작하면서 국내외 업체들간의 기술 경쟁을 보다 치열해 질 것으로 보인다.

① CCD 이미지센서 기술동향

디지털 스틸카메라의 인기로 고화질을 나타낼 수 있는 CCD 이미지 센서 시장이 급성장하기 시작했다. 지난 수년간 CCTV 카메라용 CCD 이미지센서의 품질과 성능 면에서는 비약적인 발전은 없었으며, 전반적으

로 컬러 카메라가 폭넓게 사용되고 있다. 컬러 카메라에는 1/2인치 CCD 가 여전히 사용되고 있지만, 최근 1/3과 1/4인치의 소형 CCD 이미지센 서 사용이 증가하고 있으며, 화소수는 25만~41만 수준이다.

소니는 전 세계 최대의 CCD 공급업체이면서, A/V 부문의 CCD 이 미지센서 시장의 60%를 차지하고 있다. 최근 ICX489AQF를 개발했으며, 1/1.8인치, 장비는 720만 화소, 2/3인치 CCD는 800만 화소에 달한다. 또 한 CCD에 일반적으로 장착되는 RGB 필터에 E(emerald)를 추가한 4가지 색상 필터를 장착하면서 화질이 더욱 선명하고 깨끗해졌다.

샤프는 CCD로는 고급 카메라 부착형 휴대전화기용으로 업계 최소의 오토포커스 기능을 가지는 2 메가픽셀 CCD 카메라 모듈, DSC용으로 업 계 최대의 해상도를 실현한 1/1.8형, 600만 화소 CCD를 개발, 상품화했 다. 오토포커스 기능을 부착한 2 메가픽셀 CCD 카메라 모듈은 광학계 사이즈 1/2.7형을 채용하고, 렌즈설계, 모듈구조의 개량 등으로 22x13x9.2mm(용량2.6cc)의 업계 최소 모듈 크기를 실현했다. 1/1.8형, 600만 화소 CCD는 미세 가공기술, 화소 셀 축소기술에 따라 화소셀 사이 즈 2.5㎛ 각을 달성하면서 기존 제품 400/500만 화소 CCD와 동일한 광학 계 크기의 1/1.8형에서, 600만 화소의 고해상도를 실현했다.

후지필름은 수퍼 CCD 하니캠을 공급하고 있다. 수퍼 CCD 하니캠 은 빛을 받는 포토다이오드의 배열을 종래의 정방화소배열에서 45˚회전시 키고, 형상을 수광 면적이 커지도록 8각형으로 했다. 또한 전송부를 지그 재그로 하여 미세화의 영향을 경감시키고 충분한 동적범위를 얻을 수 있 기 때문에 어두운 실내에서 촬영하는 데 적합하다. 더욱이 프로그레시브 스캐닝에 의해 움직이고 왜곡이 없는 화상을 얻을 수 있으며 스미어 현상 도 대폭적으로 감소시켰다.

산요는 절전형 메가픽셀 CCD 하이퍼아이(Hyper Eye) IGT99353M-ST 를 개발했다. 17x11x7.6mm의 크기, 두께는 7.6mm이다. 소비전력도 120mW(초당 QVGA 동영상 7.5프레임 전송기준)로 업계 최저수준을 실현 했다. 이미지센서는 프레임 트랜스퍼(FT)방식으로 화소 크기가 2.7x2.7미

크론으로 휴대폰용으로는 업계 최소형이다.

세계 시장의 중간 크기 프로페셔널 사진기의 공급을 주도하고 있는 코닥사는 KODAK KAF-39000 CCD를 개발했다. 39메가픽셀, 31.6밀리오 픽셀로 상업용 사진에 다양하게 쓰일 수 있을 것으로 보이며, 해상도가 2 배로 증가했다.

② CMOS 이미지센서

CMOS는 CCD에 비해 크게 뒤떨어지는 감도 문제를 해결하면서 향 후 이미지센서 산업의 주요 부문은 CCD에서 CMOS로 대체될 것으로 전 망된다.

CMOS 시장에서 점유율 1위를 차지하고 있는 마이크론 테크놀로지는 최근 5메가 픽셀과 3.1메가 픽셀 CMOS를 각각 출시했다. 새로 출시된 CMOS는 노이즈를 최소화하고 감도를 높여주는 마이크론의 ‘디지털 클라 리티(Digital Clarity)기술을 갖추어 선명한 이미지를 제공할 뿐 아니라 기 기의 배터리 수명까지 연장한다. 5메가 픽셀 센서 MT9P001은 디지털 카 메라나 카메라폰용으로 디자인 되었으며, 3.1메가 픽셀 센서 MT9T012는 카메라폰용으로 특별 제작되었다. 3.1메가 픽셀 센서는 2.2마이크론 스퀘 어 픽셀 사이즈를 사용하여 개발되었다. 픽셀 사이즈를 줄임으로서, 마이 크론은 더욱 작은 센서 폼팩터를 만들어 카메라 모듈을 사용하여 작은 크 기와 고해상도를 나타낼 수 있게 하였다. 그 외에, 각각의 센서는 더 나 은 시각효과를 위한 픽셀 비닝(Binning), 간소화된 기계적 셔터지원, 직/

병렬 인터페이스를 포함한 다양한 기본 인터페이스 사양 지원 등의 특징 을 제공한다.

삼성전자는 CMOS를 시스템 LSI 사업 5대 일류화 제품으로 지정하고 개발에 박차를 가했다. 2005년 320만, 500만 화소에 이어 720만 화소 CMOS 제품개발까지 성공하면서 세계 최고 수준의 이미지센서 기술을 보 유하는 회사가 되었다. 현재 디지털 카메라, 캠코더 등에 주로 쓰이는 CCD와 동등 수준의 화질을 나타내고 전력 소모는 1/10에 불과하다는 장

점이 있어 앞으로 고화소 CCD를 빠르게 대체해 나갈 것으로 전망된다.

삼성전자는 2007년까지 1.4㎛급 초미세 픽셀의 1,600만 화소 이미지센서를 개발하는 등 초고화소 CMOS 이미지센서 분야 기술 리더쉽을 바탕으로 시장을 선도해 나갈 계획이다.

소니는 오는 2006년 2월 미국 샌프란시스코에서 개최될 최첨단 반도 체 회로 기술에 관한 국제학회[ISSCC(IEEE International Solid-State Circuits Conference)2006]에서 HDTV를 능가하는 640만 화소의 동영상을 촬영할 수 있는 CMOS를 발표할 예정이다. 화소 피치는 2.5㎛, 광학 사 이즈는 1/1.8인치 형으로 총 화소수가 약 620만이며 영상데이터의 출력 속도는 60프레임/초로 매우 빠른 편이다. 출력 인터페이스는 최대속도 5.18Gb/초의 LVDS(Low Voltage Different Signaling)을 채용했다. 동영 상 촬영 시 출력값을 높이는 2x2화소 가산을 수행한 후 출력하는 방식이 며, 화소 가산없이 출력하는 모드와의 자연스러운 전환이 가능하다는 점 이 특징이다. 출력은 소정 조건 하에서 1만 2천 전자/lx초이며, 랜덤 잡 음은 7전자이다. 화소 당 트랜지스터 수를 1.75개로 줄이는 등의 개선을 통해 개구율(화소 면적 중 관전 변환부가 점하는 비율)이 38%까지 높아졌 다. 사용된 제작공정은 180nm CMOS 공정, 화소열마다 10비트의 A-DQUSGHKSRL가 집적되어 있으며, 셀 구조는 다결정 실리콘 1층과 배 선층 3층이다.

실리콘화일의 200만 화소급 CMOS 이미지센서는 2004년 10월 세계에 서 최초로 상용화에 성공했다. 당시 경쟁사들의 픽셀사이즈는 3.4~3.6㎛

이었고, 실리콘화일은 3.0㎛ 사이즈로 양산에 성공하며 대기업과도 가격경 쟁력을 가질 수 있었다.

이 밖에도 픽셀플러스 등과 같은 국내 팹리스(설계전문) 반도체 업체 들은 200만 화소급 CMOS에 이어 2006년 초에 300만 화소급 제품도 선보 이기 위해 준비 중에 있으며, 국내외 반도체 업체들이 관련제품 개발에 주력하고 있다.

4) 국내외 특허출원 현황

분류 한국 (출원) 미국 (등록) 일본(출원) 계 계 CCD

이미지 센서

수광부 366

948

189

522

1,156

3,219

1,711

4,689

전달부 289 207 1,242 1,738

출력부 189 93 415 697

공정 104 33 406 543

CMOS 이미지 센서

화소부 388

578

374

582

1,482

2,502

2,244

3,662

신호처리 190 208 1,020 1,418

CCD/

CMOS 공통

color

filter 92

553 26

277

109

1,767 227

2,597 micro

lens 153 21 27 201

line

sensor 48 31 363 442

test 30 5 52 87

packagge 230 194 1,216 1,640

총계 2,079 1,381 7,488 10,948

자료 : 특허청

이미지센서(CCD, CMOS) 국가별 특허건수는 아래와 같다.

<표1-3> 이미지센서 구성기술의 국가별 특허건수

<그림1-9> 이미지센서 국가별 특허출원 현황(누적)

[ CCD 이미 지센서]

일본 3,219

69%

미국 522 11%

한국 948 20%

[ CMOS 이미지센 서]

미국 582 16%

한국 578 16%

일본 2,502

68%

1999 2000 2001 2002 2003 계 2004

한국 61

(76.3%)

136 (78.6%)

184 (78.3%)

186 (82.7%)

210

(76.6%) 777 17

일본 12

(15.0%)

15 (8.7%)

21 (8.9%)

29 (12.9%)

56

(20.4%) 127 40

미국 6

(7.5%)

22 (12.7%)

21 (8.9%)

9 (4.0%)

7

(2.6%) 71 14

기타 1

(1.2%)

0 (0%)

9 (3.9%)

1 (0.4%)

1

(0.4%) 12 10

계 80 173 235 225 274 987 81

자료 : 특허청

자료 : 통계청, 알앤디비즈 구성

국가별로 살펴보았을 때, 일본이 타국에 비해 월등히 많은 출원건수 를 나타내고 있으며, 이는 일본이 이미지센서 시장을 꾸준히 주도할 수 있었고 생산력을 향상시키는 데 큰 역할을 한 것으로 파악된다.

반면, CCD 기술력은 확실히 일본이 우위이지만 CMOS 이미지센서 는 제조공정이 국내 기업들이 확실한 경쟁력을 가지고 있는 반도체 기술 이라는 점과 경쟁국인 일본이 그동안 CCD쪽에 주력해 왔다는 점에서 한 국이 우위라는 분석이 지배적이다.

특허청 자료에 의하면, 1999년에서 2003년까지의 5년간 CMOS 이미 지센서와 관련된 특허출원은 공개된 건을 기준으로 할 때 총 987건에 이 르는 것으로 집계되었다. 이중 내국인 출원은 777건(78.7%)으로 일본의 127건(12.9%), 미국의 71건(7.2%)이나 기타 국가들의 12건(1.2%)보다 월등 히 많아 CMOS 이미지센서는 기술력과 특허출원에 있어 한국이 확실한 우위인 것으로 나타났다.

<표1-4> CMOS 이미지센서 특허 출원동향¹⁾

1) 위 자 료는 공개된 건만을 대상 으로 하였으며, 공개가 모두 이루어지지 않 은 2004년도 출원 건은 통계에 포함 되지 않았다.

2003 2004 2005 2006 2007 2008

이미지센서 253 379 499 589 674 733

자료 : 아이서플라이

<그림1-10> 국가별 CMOS 이미지센서 특허 출원추이

0 50 100 150 200 250

1999 2000 2001 2002 2003

CMOS 특허출원수

한국 일본 미국 기타

자료 : 특허청, 알앤디비즈 구성

2. 시장동향

가. 국내외 시장규모 및 성장성 1) 기술의 구체적인 시장현황 및 성장률

전 세계 이미지센서의 판매량은 디지털 카메라와 카메라폰 등과 같은 관련 영상기기의 수요증가로 급증하고 있는 것으로 나타났다. 시장조사 업체 ‘아이서플라이’에 따르면, 세계 이미지센서 시장은 오는 2008년까지 연간 23.7%의 성장률을 보일 것으로 전망되었다.

<표2-1> 세계 이미지센서 시장규모

(단위 : 백만개)

2002 2003 2004 2005 2006 2007 CAGR

CMOS 36 61 93 123 174 209 42.2%

자료 : 아이서플라이

<그림2-1> 세계 이미지센서 시장규모

0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0

20 03 2 00 4 20 05 2 00 6 2 00 7 2 00 8

이미지센서 수요 (백만개)

C AG R 2 3 .7 %

자료 : 아이서플라이, 알앤디비즈 재구성

2003년에 2억 5300만대의 판매량을 기록하고, 2004년에는 전년대 비 49.8% 증가한 3억 7900만개에 이르렀다. 2005년에는 4억 9900만개, 2006년 5억 8900만개, 오는 2008년에는 7억 3300만개에 이를 것으로 예측 된다.

<표2-2> CMOS 이미지센서 시장규모

(단위 : 백만개)

<그림2-2> CMOS 이미지센서 시장규모

0 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0

CMOS 시장규모(백만개)

2 002 20 03 200 4 20 05 200 6 200 7 CAG R 4 2 .2%

자료 : 아이서플라이, 알앤디비즈 재구성

또한 카메라폰의 수요가 증가함에 따라 CCD기반 제품보다 CMOS기 반 제품의 수요가 급증할면서 2006년에는 CMOS가 CCD보다 판매량이 증가할 것으로 보인다. CMOS 이미지센서의 시장은 연평균 성장률이 40%가 넘을 것으로 예상되는 반면에 CCD는 연평균 12%성장에 그칠 것 으로 예상되었다.

2) 기술의 향후 시장전망(시장규모 및 성장성)

2005년 이미지센서의 세계 시장규모는 약 73억 달러에 이를 것으로 추정되며, 이미지센서 응용기기 시장은 약 2천 406억 달러로 추정되고 있 다. 이미지센서 시장은 2004년부터 연평균 11.2%로 성장해 2008년에는 약 94억 달러의 규모로 성장할 것으로 보인다. 응용기기 시장은 같은 기 간 동안 연평균19.1%로 성장하여 2008년 약 3천 685억 달러로 성장할 것 으로 예상된다.

CCD보다 더 큰 성장세를 보일 것으로 예상되는 CMOS 이미지센서

시장은 2004년 24억 달러에서 2005년 32억 달러, 오는 2008년에는 56억 달러 규모로 확대될 것이라고 시장조사기관인 가트너가 전망했다.

CMOS 이미지센서 시장의 연평균 복합성장률은 25%로 높은 성장세를 보 이고 있다.

3) 법적, 제도적 지원 및 규제 장치

이미지센서는 2001년 산업자원부 지정한 ‘차세대 세계일류상품’으로 선정, 같은 해 부품소재 기술개발 사업 실시를 통해 지원받았다. 2002년 에는 ‘외국인 투자에 대한 조세감면 및 기술도입대가에 대한 조세면제 대 상 고도기술수반사업’이 개정 시행되었다.

최근에는 이미지센서가 산업전반에 미치는 파급효과를 정부나 기업, 연구소 등에서 인지하기 시작하면서 경쟁적으로 과감한 투자와 연구를 진 행하고 있다. 2005년 4월에는 정보통신부가 지정하는 정보통신수수신기 술에 (주)쎄이미지의 E-H CCD 설계 및 제조기술 개발이 지정되었고, 지 난 10월에는 산업자원부가 ‘2015년 반도체산업 발전 전략 발표회’에서 오 는 2015년 반도체 세계 시장 점유율을 20%로 높이는 발전전략을 내놓음 에 따라 각 기업들의 이미지센서 개발이 활기를 띨 것으로 기대된다.

또한 지난 2월 카메라모듈전문협의회가 설립되면서 CMOS 이미지센 서를 지원하는 카메라모듈의 기술발전 방향을 모색하고, 전자부품연구원 은 엠텍비젼과 나노이미지센서 기술의 상용화를 위해 협력 결정을 내렸 다.

주요 생산업체 CCD CMOS

후지 ○

3. 업체동향

가. 기술의 주요 생산 및 수요업체 현황

1) 주요 생산업체별 매출규모 및 시장점유율

<표3-1> 이미지센서 주요 업체별 생산현황

NEC ○

산요 ○

Texas Instruments ○

Agilent ○

Cevit. I.S ○

CI sensor ○

옴니비전 ○

Photobit ○

Pixelplus ○

Rockwell Semiconductor ○

STM ○

VLSI Vision ○

하이닉스 ○ ○

마쯔시타 ○ ○

삼성전자 ○ ○

샤프 ○ ○

소니 ○ ○

도시바 ○ ○

순위 업체 2002 2003 ²⁰⁰³

시장 점유 율(%)

1 소니 637 1,000 29

CCD 이미지센서는 소니, 마쯔시타, 샤프, 도시바, NEC, 후지와 같은 일본업체들이 세계시장을 독점하고 있으며 CMOS의 경우 Agilent, 옴니비 전, 마이크론과 같은 미국업체들이 선점하고 있으며, 그 뒤를 프랑스, 한 국 업체들이 추격하고 있는 상태이다.

<표3-2> 이미지센서 공급자별 매출규모 및 시장점유율

(단위 : 백만 달러)

2 샤프 132 481 14

3 Agilent Technokogies 164 285 8

4 도시바 151 259 8

5 Renesas Technology 0 259 8

6 마쯔시타 158 256 7

7 산요 120 243 7

8 옴니비전 75 212 6

9 STMicroelectronics 52 151 4

10 하이닉스 반도체 0 73 2

기타 175 223 6

계 1,664 3,442 100

자료 : Gartner Dataquest Announces Final 2003 Semiconductor Market Share, 2004.3

2003년의 이미지센서 매출규모는 소니가 10억 달러로 시장점유율 29%를 차지했고, 샤프가 4억 8100만 달러로 14%, 도시바가 2억 5900만 달러(8%), 마쯔시타가 2억 5600만 달러(7%)를 기록하며 일본 업체들이 시 장을 주도하고 있는 것으로 나타났다.

특히 국내 업체 중 하이닉스가 2003년에 새롭게 10위권에 랭크되면서 7300만 달러의 매출을 올리면서 10대 이미지센서 제조업체에 오르고 2%

에 시장점유율을 기록했다.

<그림3-1> 이미지센서 업체별 시장점유율(2003)

소 니 29 %

샤 프 1 4%

A g i l e n t T . 8 % 도 시 바

8%

R e n e s a s T . 8 % 마 쯔 시 타

7%

산 요 7 %

옴 니 비 전 6 %

기 타 6 %

S T M 4 % 하 이 닉 스

2%

자료 : 가트너, 알앤디비즈 재구성

CCD 이미지센서의 업체별 시장점유율을 살펴보면 소니, 마쯔시타, 샤프, 도시바, 후지 필름의 일본업체 5개사의 점유율이 80%에 달한다.

CCD 이미지센서를 처음 출시한 업체는 미국의 Fairchild이지만, 현재 CCD 이미지센서 시장은 일본 업체들의 원천기술 보유로 세계 시장을 석 권하고 있는 실정이다.

<그림3-2> CCD 이미지센서의 업체별 시장점유율(2003)

소 니 29%

마쯔시 타 1 5%

샤프 16 % 도시 바

10%

후지 7%

산요 4%

기 타 19%

자료 : PennWell, 2003.11

반면에, CMOS 이미지센서 시장에서는 옴니비전, Agilent

Technologies 등과 같은 미국 업체들이 선전하는 것으로 나타났으며, 최 근 삼성전자를 비롯한 국내 업체들도 국내의 카메라폰 수요 증가에 따라 점차 시장영역을 확대하고 있는 것으로 나타났다.

<그림3-3> CMOS 이미지센서의 업체별 시장점유율(2003)

옴니비전 21 %

Agi l en t 20%

삼성전자 12%

캐논 10%

STM 8%

도 시바 5%

기타 24%

자료 : PennWell, 2003.11

2) 주요 수요업체 리스트

이미지센서는 CCD 이미지센서는 디지털 카메라, 캠코더, 전문가용 카메라 등과 같은 고급 고화질을 요구하는 분야, CMOS 이미지센서는 휴 대폰, PC, 감시카메라 등과 같은 저가 저 전력을 요구하는 분야에서 사용 되고 있다. 따라서 이미지센서를 주로 사용하는 업체들은 디지털 제품을 생산하는 업체들이다. 소니, 마쯔시타, 모토로라, 도시바, 미쓰비시 전기, 샤프, 산요 등과 같은 일본 업체들이 자체 생산하거나, 타 업체들로부터 공급받아 사용하고 있으며, 휴대폰 카메라의 수요 증가로 국내의 대표적 인 휴대폰 업체인 삼성전자, LG전자, 팬택앤큐리텔 등이 있다. 또한 이 미지센서는 산업용, 사무용, 의료용으로도 사용되기 때문에 이미지센서의 수요업체들은 매우 다양하다고 볼 수 있다.

수출 수입 무역수지

2000 268 2,196 -1,928

2001 94 2,543 -2,449

2002 237 3,716 -3,479

2003 68 19,267 -19,199

2004 4,021 62,107 -58,086

2005(1~11) 12,752 92,968 -80,216

자료 : 관세청

4. 수출입현황

가. 수출가능성 및 수입대체효과 평가 1) 기술의 수출입 현황

<표4-1> CCD 이미지센서 수출입현황

(단위 : 천 달러)

<그림4-1> CCD 이미지센서 수출입현황

(단위 : 천 달러)

-70,000 -50,000 -30,000 -10,000 10,000 30,000 50,000 70,000

2000 2001 2002 2003 2004

수출 수입 무역수지

자료 : 관세청, 알앤디비즈 구성

수출 수입 무역수지

2000 16,219 44,642 -28,423

2001 7,899 38,979 -31,080

2002 5,986 43,766 -37,780

2003 18,899 57,156 -38,257

2004 41,174 50,465 -9,291

2005(1~11) 9,549 15,698 -6,149

자료 : 관세청

CCD 이미지센서는 해외의존도가 매우 높은 것으로 나타났다. 수출 액은 2001년 94천 달러에서 2004년 4,021천 달러를 기록하며 성장세에 있 지만 수입액이 큰 폭으로 상승하여 무역수지가 악화되고 있는 것으로 파 악되었다.(CCD 이미지센서의 HS 코드는 8541-40-9030이다.)

<표4-2> CMOS 이미지센서 수출입현황

(단위 : 천 달러)

<그림4-2> CMOS 이미지센서 수출입동향

- 60000 - 40000 - 20000 0 20000 40000 60000 80000

2000 2001 2002 2003 2004

수출 수 입 무역수 지

CMOS 이미지센서의 경우에는 수출액의 증가폭이 감소하면서 무역수 지가 완화되고 있는 것으로 파악되었다. 2004년에는 수출액이 전년대비

117.9% 증가한 41,174천 달러를 기록했으며, 수입액은 전년대비 11.7%가 감소한 50,465천 달러를 기록했다.(CMOS 이미지센서의 HS 코드는 8541-40-9090이다.)

2) 기술의 수입대체효과

얼마 전, 국내에서 현재 이미지센서를 대표하는 CCD와 CMOS가 아 닌 새로운 형식의 이미지센서가 전자부품연구원(KETI, 원장 김춘호) 나노 광전소자연구센터 김훈 연구팀에 의해 개발되었다. 미세한 빛에도 반응 하는 ‘나노 이미지센서 칩’은 기존의 CCD나 CMOS와는 전혀 다른 기술 로소 부품소재분야의 원천기술을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다고 할 수 있다.

이 고감도 이미지센서는 기존 이미지센서에 비해 최고 1/1000 수준 의 빛도 감지할 수 있으며, 1lux²⁾ 이하의 어두운 장소에서도 플래시 없이 사진이나 동영상 촬영이 가능하다. 김훈 센터 장은 디지털카메라, CCTV 등에 적용되는 CCD 이미지센서와 휴대전화 카메라 모듈 등에 채용되는 CMOS 이미지센서에 비해 절반 밖에 안 되는 크기이지만, 500배 이상의 감도를 실현시켰고, 영상 신호 증폭 등에 들어가는 비용을 최소화해 비용 절감 효과를 가져와 생산 단가를 1/100 수준으로 낮출 수 있다고 말했다.

또한 전력 소모도 적어서 향후 IT분야 외에 의료, 군사, 자동차, 산업용기 기, 환경산업 등 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 전망된다.

KRTI로부터 기술을 이전받아 상용화를 추진하고 있는 플래닛 82(Plannet82)는 현재 소니, 샤프 등의 일본 업체가 연간 7조원에 육박하 는 이미지센서 칩 시장의 90%이상을 점유하고 있다는 사실을 감안했을 때, 국내에서만 연간 1조원 이상의 수입대체 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.

2) 촛불 하나의 밝기로부터 1m 떨어진 곳에 있 는 조명도

5. 색인어

이미지센서, 이미지 센서, Image Sensor, CMOS센서, CMOS　센서, CMOS Sensor, CMOS이미지센서, CMOS 이미지센서, CMOS　 Image Sensor, Contact Image Sensor(CIS), 밀착형 이미지센서, 밀착형이미지센 서, CMOS(상보성금속산화물반도체)센서, CMOS(상보성금속산화물반도체) 센서, CMOS(상보성금속산화물반도체)이미지센서, CCD, CCD 이미지센서, Charge Coupled Device, 전자결합소자, 고체촬상소자　

6. 참고문헌

* 특허청, 2004년도 PM보고서 ‘이미지센서 특허 출원동향’

* 전자부품연구원, 이미지센서(CCD, CMOS) 기술 및 시장동향, 2003 * 전자부품연구원, 이미지센서 산업동향, 2004

* 전자부품연구원, ‘이미지센서도 나노시대로 간다.’, KETI 나노광전소자 김훈 센터장

* 특허청, 미래를 찍는 CMOS 이미지센서 * 한국특허정보원, CCD 이미지센서, 김동현

* EP&C, 미세 빛에도 반응하는 나노 이미지센서 칩 상용화, 윤범진 * 정보통신부

* 관세청

* 엘림전자 주식회사(www.ellim21.co.kr) * 픽셀플러스(pixelplus.co.kr)

* 플래닛82

* 전자신문(www. etimes.com) * 디지털타임스(www.dt.co.kr) * 파이낸셜 뉴스

* 뉴스와이어(www.newswire.co.kr)

<표 차례>

<표1-1> CCD 이미지센서의 전달방식에 따른 특성 비교 ··· 2

<표1-2> CCD 이미지센서와 CMOS 이미지센서의 비교 ··· 6

<표1-3> 이미지센서 구성기술의 국가별 특허건수 ···11

<표1-4> CMOS 이미지센서 특허 출원동향 ···13

<표2-1> 세계 이미지센서 시장규모 ···14

<표2-2> CMOS 이미지센서 시장규모 ···15

<표3-1> 이미지센서 주요 업체별 생산현황 ···18

<표3-2> 이미지센서 공급자별 매출규모 및 시장점유율 ···19

<표4-1> CCD 이미지센서 수출입현황 ···22

<표4-2> CMOS 이미지센서 수출입현황 ···23

<그림 차례> <그림1-1> CCD 및 CMOS 이미지센서의 구조 ··· 1

<그림1-2> CCD 이미지센서 ··· 2

<그림1-3> 전하 전달 방식에 따른 CCD 이미지센서의 종류 ··· 3

<그림1-4> CCD 이미지센서의 구성 ··· 4

<그림1-5> CCD의 내부구조 ··· 4

<그림1-6> CMOS 이미지센서 ··· 5

<그림1-7> CMOS의 내부구조 ··· 5

<그림1-8> One-Chip화 된 CMOS 이미지센서의 구성 ··· 6

<그림1-8> 이미지센서의 활용 분야 ··· 7

<그림1-9> 이미지센서 국가별 특허출원 현황(누적) ···12

<그림1-10> 국가별 CMOS 이미지센서 특허 출원추이 ···13

<그림2-1> 세계 이미지센서 시장규모 ···14

<그림2-2> CMOS 이미지센서 시장규모 ···15

<그림3-1> 이미지센서 업체별 시장점유율(2003) ···20

<그림3-2> CCD 이미지센서의 업체별 시장점유율(2003) ···20

<그림3-3> CMOS 이미지센서의 업체별 시장점유율(2003) ···21

<그림4-1> CCD 이미지센서 수출입현황 ···22

<그림4-2> CMOS 이미지센서 수출입동향 ···23