이미지 센서에서 컬러필터 제외해 공간 집약도 높이는 기술 개발 성공

[산업일보]
현재 사용되는 이미지 센서에는 대상의 색깔을 정확하게 촬영하는 기능을 위해 컬러필터가 포함돼 있다. 그러나 컬러필터 삽입으로 인한 전자소자의 효율 저하, 공정비용 증가, 센서의 두꺼운 부피 등 단점이 지적되고 있다.

이에 국내 연구진에 의해 이미지 센서에서 컬러필터를 제외해 공간 집약도를 극대화한 기술이 개발됐다. 정대성 교수(DGIST) 연구팀이 간섭계 전극을 이용해 컬러필터 없는 풀컬러 이미지 센서를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다.

연구팀은 기존 이미지 센서의 투명전극을 간섭계 구조의 전극으로 대체해, 전극과 컬러필터의 역할을 동시에 수행하도록 구현했다. 또한 이를 적용한 이미지 센서 시제품 제작에도 성공했다.

특히 이 과정에서 간섭계 구조에서 빛의 다중 간섭이 일어나 특정 파장의 빛만 투과되는 원리를 이용했다. 아울러 간섭계 전극 구성요소의 성분과 두께를 조절함으로써, 전기전도성을 희생하지 않고도 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 각각의 색 선택성을 높여줬다.

개발한 간섭계 전극을 가시광선 전 영역을 흡광하는 고성능 광다이오드 구조에 적용하여 색 선택성 광다이오드를 제작하고, 이 광다이오드가 10×10 픽셀로 배치된 이미지 센서를 제작했다. 이미지 센서의 단위 픽셀 두께가 800 ㎚(나노미터) 이하이므로 휘어지는 웨어러블 소자에 적용하기에 적합하다.

정대성 교수는 “이미지 센서에서의 컬러필터 배제와 박막화라는 두 가지 목적을 동시에 달성해, 기존 이미지 센서의 구조적 한계를 돌파한 기술적 혁신”이라고 연구 의의를 설명하며, “가시광선 뿐 아니라 근적외선, 적외선 이미지센서를 활용하는 모바일 기기까지 확대될 것으로 기대한다”라고 덧붙였다.

이번 연구를 통해 드러난 장점들은 모두 기존의 이미지 센서의 한계를 돌파할 수 있는 장점으로, 현재의 이미지 센서 기술을 한 발자국 더 나아가게 하는 새로운 돌파구가 될 수 있을 것으로 예상한다. 나아가 컬러필터의 제거가 필요한 다양한 여타의 응용 기기에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

정 교수는 “이번 연구와 같은 이미지 센서의 시제품이 아닌 실제 카메라에 적용이 가능한 이미지 센서를 제작하고, 이를 통해 10×10 수준이 아닌 수백만 화소로 이뤄지는 이미지 촬영이 가능하도록 이미지 센서를 구성하는 회로에 대한 연구를 진행할 계획”이라며 “차후 연구에서는 우리 연구실에서 제작한 이미지 센서를 이용해, 상용 카메라로 촬영한 것과 유사하거나 능가하는 양질의 이미지를 확보하는 것을 목표로 하고 있다”고 밝혔다.