후지필름 유기CMOS 이미지센서 개발

후지 필름과 파나소닉 유기박막을 이용한 유기 CMOS 이미지 센서 기술을 개발

업계 최고 (* 1)의 동적 범위, 감도 통해 선명하고 질감 풍부한 영상이 가능

후지필름 주식회사와 파나소닉 주식회사는 이미지 센서의 수광부에 빛을 전기 신호로 변환하는 기능을 가지는 유기박막을 이용하여 기존의 이미지 센서 (* 2)를 넘는 성능을 실현하는 유기 CMOS 이미지센서 기술을 개발했습니다. 

이 기술을 디지털 카메라와 같은 이미지센서에 사용하는 것으로, 새로운 다이나믹 레인지 (* 3)의 확대와 감도 (* 4) 를 향상이 가능하고 밝은 곳에서 흰색 화이트홀이 없고 어두운환경에서도 피사체의 선명하고  풍부한 질감과 영상을 가능하게합니다.

최근 업계에서는 이미지센서는 화소수를 늘리는 지속적인 기술 개발이 진행되고 있습니다. 이렇게하면 이미지센서의 해상도는 크게 향상하고 있습니다만, 한층 더 품질을 높이기 위해서는 동적범위의 확대, 감도 향상, 각 화소 간의 혼색의 저감 등도 함께 요구됩니다. 

반면 파나소닉은 반도체 소자기술을 구사하여 이미지센서의 고화질화 기술을 연마 고성능 이미지 센서를 제공하여 왔습니다. 

또한 후지필름은 수광부에 실리콘 포토다이오드 (* 5)가 아닌 빛의 흡수 계수가 큰 신뢰성의 유기박막을 개발하고 새로운 이미지센서 기술 구축을 진행했습니다.

그리고 이번에 후지 필름과 파나소닉은 후지필름의 유기박막 기술과 파나소닉의 반도체 소자 기술을 융합하여 기존의 이미지 센서를 뛰어넘는 성능을 실현하는 유기 CMOS 이미지 센서 기술을 공동으로 개발. 새로 개발 된 유기 CMOS 이미지센서 기술은 업계 최고 88dB의 높은 동적 범위 기존 (* 2) 대비 약 1.2 배의 감도, 넓은 입사 광선 범위 (* 6)을 실현하고 카메라의 새로운 고감도화 고화질화 · 소형화를 가능하게합니다.

향후 양사는 이 유기 CMOS 이미지센서 기술을 CCTV · 자동차 블랙박스, 모바일 기기, 디지털 카메라 등 폭 넓은 용도에 탑재할 것입니다.

후지필름, 파나소닉은 6월 11일에 교토에서 개최되는 "2013 Symposium on VLSI Technology (VLSI2013)"및 6월 15일 미국 유타에서 개최되는 "2013 International Image Sensor Workshop"에서 본 연구 성과를 발표합니다.

각주

* 1 이미지 센서의 수광부로. 2013년 6월 11일 현재기준. 

* 2 파나소닉제 이미지 센서에서 예측.

* 3 촬영할 수있는 밝기의 범위 (가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 비율).

* 4 이미지 센서로서의 감도는 빛을 전기 신호로 바꾸는 비율. 클수록 어두운 장면을 선명하게 촬영할 수 있다.

* 5 입사한 빛을 감지하는 수광 소자의 일종. 이미지 센서의 화소마다 설치된 빛을 전기 신호로 변환한다.

* 6 입사한 빛을 효율 좋게 전기신호로 변환할 수 있는 각도의 범위.

새로 개발된 유기 CMOS 이미지 센서 기술의 개요

전통적인 이미지 센서는 수광부의 실리콘 포토 다이오드, 금속 배선, 컬러 필터, 온칩 마이크로 렌즈로 구성되어 있습니다. 

새로 개발 된 유기 CMOS 이미지 센서 기술은 실리콘 포토 다이오드 대신에, 광 흡수 계수가 큰 유기 박막을 채용. 실리콘 포토 다이오드의 일부분이다 0.5 미크론까지 수광부의 박막화를 가능하게했습니다. 이러한 구조는 다음의 특징을 실현하고 있습니다.

(1) 업계 최고의 88dB의 동적범위에 의해 노출 과다없이 어두운 피사체도 선명하고 풍부한 계조의 영상을 얻을 수 있다.

파나소닉의 반도체 기술은 신호의 포화 값 (* 7)을 종래의 이미지 센서보다 4배 증가하고, 노이즈를 억제 회로를 새로 개발하여 업계 최고의 88dB의 동적 범위를 제공합니다. 이렇게하면 밝은 곳에서 화이트홀없이 어두운 피사체도 선명하고 풍부한 계조의 영상을 얻을 수 있습니다.

각주

* 7 취급 할 수있는 최대의 전기 신호 양.

(2) 기존보다 약 1.2 배의 향상된 감도를 실현하고 어두운 곳에서도 선명한 영상을 촬영 가능

파나소닉의 반도체 소자 기술로 형성한 화소의 트랜지스터와 금속 배선 등에 후지필름의 유기 재료 기술로 개발한 유기 박막을 적층. 전통적인 이미지 센서는 각 화소에 금속 배선 및 포토 다이오드 이외의 부분에 빛이 입사하는 것을 방지하기 암막 막을 형성 할 필요가 있었기 때문에 수광 부분의 면적이 제한되어 있었지만, 유기 CMOS 이미지 센서 기술은 전면에 유기 박막을 형성 할 수 있기 때문에 센서 표면에서받는 빛을 모든 유기 박막 수광 할 수 있습니다. 이는 종래의 약 1.2 배의 감도를 실현하고 어두운 곳에서도 선명한 사진을 찍을 수 있습니다.

(3) 입사 광선 범위를 60도로 확대하고 충실한 색 재현성을 실현 

후지필름이 개발한, 광흡수 계수가 큰 유기박막에 의해, 수광부의 유기 박막의 두께를 실리콘 포토 다이오드의 몇분의 1인 0.5미크론까지 박막화했습니다. 

종래의 실리콘 포토 다이오드에서는, 깊이 방향으로 3미크론 정도 필요하기 때문에, 30~40도 정도로 광선 입사각이 제한되고 있었습니다만, 

유기 CMOS 이미지 센서 기술에서는, 박막화에 의해 60도의 넓은 입사 광선 범위를 실현.기울기로부터 입사 하는 빛을 효율 좋게 이용할 수 있어 혼합색이 없는 충실한 색재현성을 가능하게 합니다. 또 렌즈의 설계 자유도가 더해, 카메라를 소형화할 수 있습니다.

(4) 높은 신뢰성을 실현해, 폭넓은 용도로 이용이 가능

후지필름은 유기 박막을 보호하는 무기 박막을 증착하는 공정 기술을 개발하고 유기 박막의 수분 및 산소의 침입을 차단함으로써 성능 저하를 방지하는 것을 개발했습니다. 온도, 습도, 전압, 빛 등의 스트레스인가에 의한 신뢰성 시험을 통과하고 폭 넓은 용도로 유기 CMOS 이미지 센서 사용이 가능합니다.

필름시절에 주름잡던 후지필름이 디지털시절에서도 X-Trans CMOS II 라던가 ..캐논의 단순한 화소늘리기가 아닌 센서의 본질적인 올바른방향으로 개발에 신경을 쓰는게 보입니다.

이 유기이미지센서는 2015년에 출시될 플래그쉽 카메라 X-Pro2에 탑재될 것으로 예상됩니다.