이미지 센서란, 카메라 렌즈를 통해서 들어온 빛의 명암을 전기 신호로 변환하는 반도체입니다. 사람의 눈으로 말하자면, 망막과 같은 기능을 가지는데, 이로부터 카메라에 들어온 빛을 화상(영상)으로 재현할 수 있게 됩니다.
이미지 센서에는 크게 「CMOS」와 「CCD」의 2가지 방식이 있습니다. 종래, 화질이 우수하고 뒤틀어짐이 적은 CCD는 디지털 일안 리플렉스 카메라(Single-lens reflex camera) 등에 소비전력이 적고 소형화하기 쉬운 CMOS는 휴대전화나 콤팩트 디지털 카메라에 사용되는 등, 용도에 따라서 2가지 방식으로 나뉘어 사용되었습니다. 그러나 최근에는 CCD의 화질에 필적하는 CMOS 이미지 센서가 개발되어, 현재는 스마트폰을 비롯한 대부분의 카메라에 CMOS가 채택되고 있습니다.
이미지 센서용 온 칩 컬러 레지스트 색
이미지 센서란
컬러 필터란 FPD뿐만 아니라 스마트폰이나 디지털 카메라에 장착된 작은 칩(반도체) 안에도 사용됩니다. 특히, 디지털 카메라 등의 화질은 「이미지 센서」의 성능에 크게 좌우됩니다.
이미지 센서란, 카메라 렌즈를 통해서 들어온 빛의 명암을 전기 신호로 변환하는 반도체입니다. 사람의 눈으로 말하자면, 망막과 같은 기능을 가지는데, 이로부터 카메라에 들어온 빛을 화상(영상)으로 재현할 수 있게 됩니다.
이미지 센서에는 크게 「CMOS」와 「CCD」의 2가지 방식이 있습니다. 종래, 화질이 우수하고 뒤틀어짐이 적은 CCD는 디지털 일안 리플렉스 카메라(Single-lens reflex camera) 등에 소비전력이 적고 소형화하기 쉬운 CMOS는 휴대전화나 콤팩트 디지털 카메라에 사용되는 등, 용도에 따라서 2가지 방식으로 나뉘어 사용되었습니다. 그러나 최근에는 CCD의 화질에 필적하는 CMOS 이미지 센서가 개발되어, 현재는 스마트폰을 비롯한 대부분의 카메라에 CMOS가 채택되고 있습니다.
이미지 센서의 구조
이미지 센서의 구조
이미지 센서는 온 칩 렌즈와 컬러 필터, 포토 다이오드의 3층으로 형성됩니다. 온 칩 렌즈는 수 많은 마이크로 렌즈가 1장의 시트 모양으로 나란히 늘어선 것으로, 이에 따라서 집광력이 높아지고, 이미지 센서의 감도가 큰 폭으로 향상합니다.
각 마이크로 렌즈는 컬러 필터의 서브 픽셀（RGB 중에서 어느 1개）에 대응하고, 필터를 투과함으로써 빛에 R（레드）, G（그린）, B（블루） 중 어느 하나의 색 정보가 주어집니다. 이 색과 빛의 명암(강약) 정보를 포토 다이오드의 수광 소자가 포착하여, 전기 신호로 변환하고 판독함으로써 화상이 기록됩니다.
온 칩 용 컬러 필터에는 상기 설명한 원색 필터（적・녹・청） 외에 보색 필터（황・시안・마젠타・녹）가 있고, 이미지 센서의 용도에 따라서 구분되어 사용됩니다. 원색 필터는 색이 매우 선명한 점에서 디지털 스틸 카메라 등에, 보색 필터는 해상도가 뛰어난 점에서 비디오 카메라 등에 많이 사용됩니다.
온 칩 용 컬러 필터의 종류
이미지 센서의 용도
이미지 센서는 디지털 카메라와 스마트폰과 같은 일반적인 가전제품뿐만 아니라, 감시 카메라나 차량 탑재 카메라, 내시경 등의 특수한 용도로 사용되는 카메라에도 탑재되어 있습니다. 센서의 발달로 인해서 적외선 등 가시광(인간의 눈으로 볼 수 있는 빛) 이외의 빛을 검지할 수 있게 되어, 지금까지는 볼 수 없었던 각종 영상이나 화상을 촬영할 수 있게 되었습니다.
감시 카메라
빛이 적은 밤에 촬영한 영상(화상)은, 종래에는 흑백이었지만, 물체가 발하는 적외선 정보를 가미함으로써 낮에 촬영한 것처럼 선명한 색채를 표시할 수 있습니다. 사람의 얼굴 형태나 옷의 색 등도 더욱 확실하게 인식할 수 있습니다.
차량 탑재 카메라（나이트 비전）
나이트 비전(암시 기술)은 야간의 자동차 사고를 방지하기 위해서 개발된 시스템입니다. 인간의 몸에서 나오는 적외선을 검지하여 디스플레이에 표시함으로써, 헤드라이트가 닿지 않는 200ｍ 이상 앞을 걸어가는 보행자나 장애물의 존재도 감지할 수 있습니다.
내시경 카메라（캡슐형 카메라）
길이 25mm 정도로서 정제(알약)처럼 삼키는 카메라입니다. 종래의 내시경 카메라는 닿지 않는 부분도 개복하지 않고 위와 장의 내벽을 촬영하여 증상을 확인할 수 있습니다.
온 칩 컬러 레지스트에 요구되는 특성
카메라의 소형화, 고성능화에 따라서, 이미지 센서에 사용되는 컬러 필터도 더욱 소형이면서 고해상도가 요구됩니다. 예를 들면, 55인치의 풀 하이비전 TV의 경우, 1화소당 표준 크기는 약 200µm×600µm이지만, 스마트폰 등에 사용되는 CMOS 센서용 컬러 필터의 경우, 1화소당 크기는 약 1µm×1µm입니다. 면적비로 말하자면 약 10만분의 1 크기가 됩니다. 1화소의 크기가 작아질수록 이물질(안료 덩어리 등)이 화질에 미치는 악영향이 커집니다. 그래서 온 칩 용 컬러 레지스트는 안료 입자가 매우 미세하고, 또 균일하게 분산되어 있을 것이 요구됩니다.
또, 이미지 센서의 다용도화에 따라서, 디스플레이 색의 재현성 향상도 요구됩니다. 종래의 FPD용 컬러 필터는 가시광（400～700㎚） 색역만을 가지는 것이었습니다. 그러나 감시 카메라나 의료용 카메라에 탑재되는 등, 이미지 센서 용도나 요구의 폭이 넓어짐에 따라서, 적외선이나 자외선 등의 다양한 파장의 빛을 센싱하는 필터가 개발되고 있습니다. 그래서 온 칩 용 컬러 레지스트도 종래 RGB의 3색 컬러 레지스트에 더해서, 특정 파장의 빛을 센싱하는 색재의 개발이 요구되고 있습니다.
당사의 온 칩 컬러 레지스트
당사에서는, 인쇄 잉크나 도료의 개발로 기른 기술을 살려서 나노 수준의 분산을 실현. 안료를 분쇄하는 데에 종래보다도 가는 비드를 이용하는 외에, 매우 눈이 작은 필터를 독자적으로 조합하여 반복 여과함으로써, 보다 비세하고 이물질이 적은 분산이 가능합니다. 또, 안료 농도가 높아도 안정적으로 분산시키기 때문에, 새로운 분산제를 설계. 이에 따라서 필터의 막 두께를 더욱 얇게 할 수 있습니다. 게다가 이미지 센서의 다기능화에도 대응. 당사의 강점인 합성・분산 기술로 가시광 이외의 다양한 파장의 빛을 센싱할 수 있는 색재를 만들 수도 있습니다.
문의
- 도요 인키 코리아 주식회사
- TEL : +82-2-586-9592/9510
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