이미지센서용 컬러필터 재료

카메라, 스마트폰 등에 사용되는 이미지센서용 컬러필터 재료에 대해서 소개합니다.

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.
당사는 FPD용 컬러필터 재료의 개발로 쌓아온 「나노 레벨 분산 가공 기술」을 더욱 강화시킴으로써, 이미지센서에 적합한 온 칩 컬러필터용 재료를 전개하고 있습니다. 가시광은 물론, 근적외선 등 다양한 파장에 대응 가능한 안료, 염료 등을 통해 재료를 개발하고 있습니다.

• 이미지 센서란
• 이미지 센서의 구조
• 온 칩 용 컬러 필터의 종류
• 이미지 센서의 용도
• 온 칩 컬러 레지스트에 요구되는 특성
• 당사의 온 칩 컬러 레지스트

이미지 센서란

컬러필터는 FPD뿐만 아니라, 스마트폰 및 디지털카메라 등에 사용되는 작은 칩（반도체）에도 사용되고 있습니다. 이 반도체는 「이미지센서」라고 불리며, 사람의 눈으로 말하자면 망막과 같은 기능을 가진 물건이며, 카메라 렌즈로 모은 빛을 전기신호로 변환시켜, 화상（영상）으로 재현시킬 수 있게 합니다. 컬러필터는 이미지센서에 들어온 빛의 색을 분해하는 기능을 가지며, 화상에 색의 정보를 전달하는 중요한 역할을 하는 부품 재료입니다. 특히, 디지털카메라 등의 화질은 「이미지센서」에 의해 성능이 크게 좌우됩니다.

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

이미지센서는 마이크로 렌즈 및 컬러필터, 포토다이오드의 3층으로 형성되어 있습니다. 마이크로 렌즈는 이미지센서로 더욱 빛이 집중되게 하는 역할을 하며, 센서 감도를 대폭으로 향상시키는데 기여합니다.

마이크로 렌즈는 컬러필터의 서브 픽셀（RGB중 하나）를 지원하며, 필터를 투과함으로써, 빛에 R（Red）, G（Green）, B（Blue）의 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.

온 칩 용 컬러 필터의 종류

이미지 센서의 용도

이미지센서는 디지털카메라 및 스마트폰 등 일반적인 가전제품뿐만 아니라, 감시카메라 및 차량용 카메라, 의료용 카메라 등 특수 용도 카메라에도 사용됩니다. 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

야간 등 암흑에서의 촬영에는 눈에 보이지 않는 빛인 적외선을 이용함으로써, 육안에 가까운 깨끗한 화상정보를 손에 넣는 것이 가능합니다. 이전까지는 흑백이었지만, 컬러필터를 사용함으로써, 낮과 밤 구분 없이 컬러 화상을 촬영하는 것이 가능하게 되었습니다.

차량 탑재 카메라（ToF／3D-LiDAR）

차량용 이미지센서는 자동운전 및 선진 운전 지원 시스템（ADAS／Advanced Driver-Assistance Systems）, In-cabin（실내）모니터링 등, 자동차의 안전성 및 편리성을 향상시키기 위해, 최근 그 사용이 늘어나고 있습니다.

의료용 카메라

이미지센서의 고성능화는 내시경 등 의료용 카메라 기능을 향상시키고 있습니다. 이로써 보다 빨리 병을 발견할 수 있게 되어, 인간의 건강에 공헌하고 있습니다.

온 칩 컬러 레지스트에 요구되는 특성

카메라의 고성능화에 따라, 이미지센서에 사용되는 컬러필터에도 보다 높은 해상도가 요구되고 있습니다.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 이물질이 화질에 미치는 악영향이 커집니다. 그래서 온 칩 용 컬러 레지스트는 안료 입자가 매우 미세하고, 또 균일하게 분산되어 있을 것이 요구됩니다.

기존 온 칩 컬러필터는 가시광（400〜700㎚）색 영역만 재현했었습니다. 하지만, 이미지센서의 다용도화에 따라, 감시카메라 및 의료용 카메라에 사용되는 등 이미지센서의 용도와 니즈의 폭이 넓어자고 있어, 적외선 및 자외선 등 다양한 파장의 빛을 센싱 하는 필터가 개발되고 있습니다.

당사의 온 칩 컬러 레지스트

당사에서는 FPD용 컬러필터 재료의 개발로 쌓아온 기술을 활용해, 나노 레벨 안료 분산을 실현하고 있습니다. 높은 색재 농도에서도 안정적인 분산을 시키기 위해, 새로운 분산제 개발도 실시하고 있습니다. 이를 통해 컬러 레지스트의 막 두께를 보다 박막화 시킬 수 있을 것으로 판단하고 있습니다.