IT제품의 부가 기능을 담당하던 센서가 반대로 완성품 시장을 뒤흔들고 있다. 

모바일 기기에서는 상보성금속산화물반도체(CMOS) 이미지센서(CIS)가 기기 성능을 좌우하는 가장 중요한 지표가 됐다. 자율주행은 라이다, 레이더, 카메라, 초음파 등 관련 센서 기술 없이는 구현할 수 없다. 

▲이제석 삼성전자 시스템LSI 사업부 상무가 ‘제4회 첨단센서2025 포럼’에서 기조연설을 하고 있다./KIPOST

이제석 삼성전자 시스템LSI 사업부 이미지센서 개발팀장(상무)은 11일 열린 ‘첨단센서2025 포럼’에서 “2년 전만 해도 부품 중 하나에 불과했던 이미지센서가 작년부터 몸통(스마트폰)을 뒤흔드는 꼬리가 됐다”며 “앞으로는 1인당 20개 이상의 카메라(이미지센서)를 가지고 있을 것”이라고 말했다.

실제 지난 2016년 듀얼 카메라 열풍이 시작되자 스마트폰의 성능을 뜻하는 주요 지표는 ‘디스플레이’가 아닌 ‘카메라’가 됐다. 최근에는 트리플 카메라, 쿼드러플 카메라를 적용하려는 움직임도 본격화되고 있다.

이에 카메라의 핵심 부품인 상보성금속산화물(CMOS) 이미지센서(CIS)도 빠르게 발전하고 있다. CIS는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 ‘광전효과’를 이용해 이미지를 인식한다. 즉, 받아들이는 빛이 많을수록 고화질 구현에 유리하다.

하지만 풀 스크린 디스플레이(FSD), 노치(Notch) 구조로 스마트폰 전면에서 디스플레이의 영역이 커지고, 카메라 수가 늘어나면서 CIS 크기를 줄이되 성능은 유지하거나 높여야했다. 

삼성전자 시스템LSI 사업부는 이에 픽셀 사이를 식각하고 폴리머 격벽을 생성, 외부에서 들어오는 빛이 다른 픽셀로 번지지 않도록 한 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 구조를 개발해 센서 성능을 높였다. 

지난해부터는 컬러필터 패턴을 세밀화해 4개의 픽셀에 동일한 CF를 배열, 상황에 따라 움직이게 하는 ‘테트라셀(Tetra Cell)’을 적용했다. 최신 스마트폰에 내장된 CIS는 대각선 길이가 약 0.3인치(0.762㎝), 두께가 150마이크로(㎛)밖에 되지 않는다. 

이 상무는 “최근에는 초고화질(UHD) TV나 5세대(5G) 이동통신에 적합한 고화질 CIS를 개발하는 데 주력하고 있다”며 “초고속 카메라에 대응할 수 있는 CIS로 자동차나 가상현실(VR) 시장에도 대응할 계획”이라고 말했다.

‘센서의 반란’은 비단 모바일 시장에 그치지 않는다. 

카네비컴(대표 정종택)은 이날 산업용 및 차량용 라이다(LiDAR)를 선보였다. 라이다는 자율주행의 핵심 센서 중 하나로, 네 가지 센서 중 유일하게 전방의 사물을 3차원(3D)으로 인식할 수 있다. 

▲윤재준 카네비컴 수석 연구원이 자사가 개발한 라이다(LiDAR) 앞에서 포즈를 취하고 있다./KIPOST

카네비컴의 라이다는 비행시간측정(ToF) 센서 기반으로, 펄스 레이저로 쏜 신호가 물체에 부딪혀 돌아오는 시간을 계산해 물체의 형태를 읽어낸다. 

이 회사가 개발한 3채널 산업용 라이다는 서울 지하철 안전문(스크린도어) 위에 설치돼 성능 검증 중이다. 기존에는 스크린도어 양 옆에 센서가 달려있어 주기적으로 직접 문을 열어 청소를 해줘야했다. 구의역 사고 등 안전 문제가 끊이지 않았던 이유다. 

8채널 차량용 스캐닝 라이다는 수평 시야각이 145도로, 최대 150m 전방에 있는 사물을 인식할 수 있다. 내부 광학 설계와 각 채널에서 얻은 신호가 서로 간섭되지 않도록 한 게 핵심 기술이다.

윤재준 카네비컴 수석연구원은 “현재 완성차(OEM) 업계와 함께 양산차 적용을 목적으로 한 프로젝트를 진행 중”이라며 “가장 큰 문제로 지적됐던 가격을 낮출 수 있는 솔루션”이라고 설명했다.

한편 올해 4회째를 맞는 ‘첨단센서2025 포럼’은 산학연의 기술 교류 및 협력을 토한 국내 센서 산업 발전 방안을 마련하기 위해 산업통상자원부 주최, 한국산업기술평가관리원(KEIT) 주관으로 진행됐다.