LG이노텍, DSLR처럼 강력한 고성능 카메라모듈 개발
1600만 화소 OIS 카메라모듈, 조리개 값 F1.8 스마트폰 카메라 최고 사양
LG이노텍(대표 이웅범)은 최근 조리개값 F1.8에 1600만 화소 손떨림보정(OIS, Optical Image Stabilizer) 기능을 적용한 후면 카메라모듈과 800만화소 전면 카메라모듈을 동시 양산했다고 밝혔다.
OSI 카메라모듈 LG전자의 전략 스마트폰 G4에 탑재
카메라모듈 화소 경쟁과 두께 경쟁은 한계에 다다랐다. 1300만 화소만 되도 육안으로는 구분이 쉽지 않은 만큼 이제 소비자가 직접 변화를 체감할 수 있는 차별화 기능과 성능 개선이 카메라모듈 기술 발전의 중심이 되고 있다.
카메라모듈의 기술적 난관은 800만 화소 이후부터 시작됐다. 스마트폰 두께는 계속해서 얇아지는데 CMOS 이미지센서(CIS) 화소수의 증가와 함께 1~2장이면 충분했던 렌즈도 기본이 4장이 들어가게 되면서 공간의 여유가 줄었다.
LG이노텍이 개발한 OIS 카메라모듈은 LG전자의 전략 스마트폰 G4에 탑재되었다. LG전자의 전략 스마트폰 G4는 국내에 출시된 제품 가운데 가장 밝은 조리개값인 F1.8, 1600만 화소 손떨림보정(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능을 갖추고 있다. 스마트폰으로 사진을 찍는 인구가 늘어남에 따라 전통적인 카메라 시장이 위협받고 있는 현 시점에서 카메라모듈 성능은 스마트폰 경쟁력과도 직결된다.
LG G4는 최소 조리개값 F1.8에 셔터 속도와 화이트 밸런스, 감도(ISO) 등을 수동 조절할 수 있는 전문가 모드(수동 모드)로 국내외 업계 호평을 이끌었다.
양방향 VCM 액추에이터의 혁신
OIS 카메라모듈은 6000분의 1초에서 30초까지 셔터 속도를 설정할 수 있어 장노출 야경 사진과 같이 수동카메라에서나 가능한 촬영 기술을 구현할 수 있다. 이미지센서에 도달하는 빛의 양을 극대화하기 위해 LG이노텍이 자체 디자인한 초정밀 대구경 모듈 구조와 ‘어드밴스트 액티브 얼라인(Advanced Active Align)’ 공정 등이 적용됐다.
LG이노텍은 양방향 VCM(Voice Coil Motor) 액추에이터 구현을 위한 새롭게 개발한 어드밴스트 액티브 얼라인 공정은 액티브얼라인(AA) 공정을 고도화한 것으로 ‘다이본딩(기판 위에 CIS 얹는 작업)→와이어본딩(104개 포인트에 기판과 CIS 연결)→초박막 글래스타입 블루필터 마운팅→싱글레이션(기판당 25개 유닛 분리)’ 이후에 유닛과 경통부가 조립된 양방향 VCM 액추에이터와 연결하는 과정이다.
이번 카메라모듈의 또 다른 특징은 오토포커스(AF)다. 스마트폰으로 사진을 찍는 인구가 급증하면서 촬영 성능에 대해 가장 큰 요구가 AF라고 해도 과언이 아니다. 어떤 환경에서도 빠르고 정확하게 초점을 잡아 사진을 찍을 수 있어야 한다는 얘기다. 이를 위해서 LG이노텍은 VCM 액추에이터를 이용했다.
카메라모듈 내부에서 렌즈가 겹쳐진 ‘경통부’를 움직이게 만들어주는 AF 액추에이터는 일반적으로 피에조, 스테핑 모터, VCM 방식으로 나눌 수 있다. 피에조는 작은 크기의 카메라모듈에 적합하지만 납이 함유된 재료를 사용하고 습도에 약하다. 스테핑 모터는 전반적인 안정성이 높지만 스마트폰에 사용하기에는 덩치가 크다. 소음이 추가로 발생한다는 것도 문제다. 마지막으로 VCM의 경우 대량 생산에 적합하고 회로구성이 단순하나 양산성과 가격경쟁력을 바탕으로 지금은 대부분의 카메라모듈에서 찾아볼 수 있다.
양방향 VCM 액추에이터 전력소비 50% 경감
LG이노텍 양방향 VCM 액추에이터는 일본 미쯔미에서 공급받고 있으나 향후 자체적으로 개발할 계획이다. 내부적으로 별도의 VCM 액추에이터 개발팀이 있고 이번 카메라모듈 개발에 1년 정도가 걸렸다는 점을 고려했을 때 이르면 올해 말이나 내년 초에 나올 신형 스마트폰에 적용될 것으로 보인다.
양방향 VCM 액추에이터의 장점은 AF 속도와 전력소비량에서 찾을 수 있다. 경통부가 앞뒤로 움직이면서 AF를 잡아야 하는데 일반 VCM 액추에이터는 바닥에서부터 움직여야 하기 때문에 일종의 대기시간이 존재한다. 이와 달리 양방향 VCM 액추에이터는 경통부가 중간에 위치하도록 했다. 피사체의 거리가 가깝거나 멀리 있어도 가장 빠르게 AF를 잡을 수 있도록 한 셈이다. 경통부가 움직이는 거리가 짧으니 전력소비량도 자연스럽게 줄어서 기존 카메라모듈보다 50% 덜 전기를 소비한다.
‘10클래스 클린룸’에서 작업 최적의 해상력 유지
스마트폰 카메라모듈 경쟁 중심축이 화소수 높이기에서 각종 차별화 기능으로 이동하고 있다. 고급 기종에 주로 들어가던 광학식손떨림보정(OIS) 기능이 일반화됐고 DSLR 카메라에 버금가는 수동 모드까지 지원한다. 향후 출시될 차기 모델에는 듀얼 렌즈 카메라와 3D 카메라 적용 가능성까지 제기됐다.
소비자가 직접적으로 체감하기 힘들고 기술·물리적 한계에 가까워진 화소 향상보다는 차별화 기능으로 승부에 나섰다는 분석이다.
얼마나 정확하게 초점을 맞추느냐에 따라 카메라 해상력에 결정적인 영향을 끼친다. 따라서 0.0005mm 크기의 먼지가 1세제곱피트(약 28,000㎤, 약 30cm 길이의 정육면체 크기)의 공간에 10개 이하인 ‘10클래스 클린룸’에서 작업이 이뤄진다. 3마이크로미터(㎛) 단위로 틸트(상하좌우로 이동)하면서 중앙부터 외곽까지 최적의 해상력이 나오도록 조정한다.
후면 카메라모듈 조리개값 F1.8, 더 밝고 정확한 색 표현
이번 1600만 화소 OIS 카메라모듈은 조리개 값이 F1.8로 국내 출시된 스마트폰 카메라 중 최고 사양이다. 지난해 출시돼 성능을 인정받았던 LG G3 F2.4 카메라모듈보다 약 80% 더 많은 광량을 받아들인다.
조리개값은 카메라 렌즈의 밝기를 나타내는 수치로, 값이 작을수록 많은 양의 빛을 받아들여 어두운 환경에서 더 밝고 선명한 사진을 찍을 수 있다. DSLR 카메라 렌즈도 조리개 값 F1.4~2.8은 매우 밝은 고성능 제품에 속한다.
또한 이 제품은 짧은 시간에 충분한 빛을 받아들임으로써 사진 흔들림을 최소화 한다. 사용자가 피사체를 향해 스마트폰을 들고 있는 시간을 줄일 수 있기 때문이다.
LG이노텍은 이미지센서에 닿는 광량을 극대화할 수 있도록 자체 디자인한 초정밀 대구경 모듈 구조를 적용했다. 렌즈 크기를 2배 확대하고 매수도 6매로 증가시켰다. 고사양 제품인 만큼 품질 확보가 까다로워 생산라인의 공정 기술까지 맞춤 개발했다.
전면 카메라모듈, ‘셀피족’ 위해 800만 고화소 구현
LG이노텍은 최근 ‘셀피(selfie, self-portrait photography)’ 촬영 열풍으로 인해 전면 카메라의 해상도가 스마트폰의 주요 구매 요소 중 하나라고 판단한 것도 이러한 고화소 전면 카메라모듈을 개발한 계기 되었다.
6장의 렌즈가 사용된 F1.8 1600만 화소 OIS 카메라모듈은 기존 G3에 탑재된 카메라모듈과 비교하면 더 밝다. 밝은 조리개값 구현을 위해 비구면 렌즈가 추가됐고, 0.11mm 두께의 초박막 글래스타입 블루필터가 적용됐다. 카메라 렌즈에 들어오는 적외선은 차단하고 가시광선 투과율은 높여 보다 자연스럽고 정확한 색을 표현한다.
특히 글래스타입 블루필터는 필름타입 대비 내구성이 뛰어나 생산 과정에서 변형 위험이 낮다. 평균적인 스마트폰 글래스타입 블루필터의 두께는 0.2mm다.
카메라 렌즈는 밝은 조리개 촬영시 흐릿함이나 색번짐이 발생할 수 있는데 블루필터는 색수차(chromatic aberration)를 보정하는 역할을 한다. 일반적으로 더 많은 광량을 받아들여 이미지에 푸른색이 생길 우려가 있는 후면조사형(BIS) CIS에 많이 쓰인다. LG이노텍 초박막 글래스타입 블루필터는 이전에 사용되던 필름타입 적외선(IR)필터보다 내구성이 더 우수하며, 평균적인 글래스타입 블루필터 두께보다도 얇다.
핵심기술 자체 개발과 함께 광각 렌즈도 고려
향후 LG이노텍은 양방향 VCM 액추에이터의 자체 개발 및 생산과 함께 스마트폰 카메라로 셀프카메라(셀피)를 자주 찍는 점을 고려해 광각 렌즈에도 신경을 쓰고 있다.
LG이노텍 관계자는 “개발기간 가운데 후반 3~4개월은 어드밴스드 액티브 얼라인 공정 개발에 총력을 다했다”며 “향후에는 광각에 대한 요구가 늘어날 것이며 셀카봉이 없어지는 제품이 빠른 시일내에 나올 것”이라고 말했다.
또한 “고품질의 기록물을 남기고 싶은 사용자들의 욕구를 최대한 만족시킬 수 있는 스마트폰 카메라를 선보이기 위해 노력하고 있다”며 “LG전자의 차기 주력 스마트폰에 적용될 카메라모듈은 이러한 고객의 요구에 가장 부합하는 기술의 결정체이자, 혁신의 정점이 될 것”이라고 강조했다.
시장조사업체 <테크노시스템즈리서치(TSR)>에 따르면 글로벌 카메라모듈 시장 규모는 글로벌 경제위기를 겪었던 지난 2009년에 잠시 주춤했지만 매년 뚜렷한 성장세를 보이고 있다. 특히 스마트폰이 본격적으로 대중화되기 시작한 2010년 메인 카메라모듈(후면) 시장 규모는 10억개 수준에서 매년 1억개 이상씩 출하량이 늘어나고 있다.
더불어 서브 카메라모듈(전면)이 부각되면서 2014년 시장 규모가 5억 개에 달했다.
자료제공 | LG이노텍(www.lginnotek.com)
FOCUS
LG이노텍 카메라모듈 LG전자·화웨이 동시 생산 차세대 ‘넥서스폰’에 탑재
LG전자와 화웨이가 제조하는 차기 넥서스폰에 LG이노텍이 카메라모듈을 탑재하게 되어 공급량이 늘어날 전망이다.
최근 LG이노텍은 LG전자와 화웨이가 동시에 제조를 맡은 구글의 레퍼런스 스마트폰 차세대 ‘넥서스폰’(가칭)에 카메라모듈을 공급한다고 밝혔다.
올 하반기에 출시될 예정인 차세대 넥서스폰은 LG전자가 5.2인치, 화웨이가 5.7인치 디스플레이의 제품을 각각 개발 중인 것으로 알려졌다.
성능은 제조사별로 상이하지만 LG전자의 전략 스마트폰 'G4'의 OIS 기능을 탑재한 16M픽셀 F1.8 이상의 성능을 보일 것으로 예상된다.
LG이노텍은 현재 카메라모듈 제품을 제작하고 있는 광주 공장에서 LG전자와 화웨이향 제품 공급을 위해 라인을 가동 중이다.
레퍼런스폰은 구글이 새로운 안드로이드 운영체제를 발표할 때 다른 스마트폰 제조사들과 애플리케이션 개발자들에게 기준으로 제시하는 표준형 스마트폰이다.
그동안 구글은 삼성전자나 LG전자, 대만 HTC, 미국 모토로라 등에 넥서스폰의 생산을 맡겼다. 이번처럼 두 곳의 제조사에서 같은 종류의 넥서스 스마트폰이 출시되는 경우는 처음이다.
다만 구글이 넥서스 시리즈에 붙이는 넘버링이 화면 크기를 이야기하는 것이기 때문에 차세대 넥서스폰에 대한 넘버링은 새로운 숫자로 나올 수도 있다는 분석이다.
제조사와는 상관없이 LG이노텍으로서는 양사에 제품을 공급함으로써 다시 한 번 스마트폰 카메라모듈 시장에서 성장 국면을 맞이할 전망이다. 특히 글로벌 시장에서 가장 빠르게 성장하고 있는 중화권 매출 확대는 물론 신흥 시장 고객 확보에도 더욱 적극적으로 나설 수 있게 됐다.
또한 애플이라는 가장 강력한 공급선을 구축한 가운데 LG이노텍이 차기 넥서스폰을 제조하는 글로벌 제조사 두 곳에 카메라모듈을 공급하면서 스마트폰 카메라모듈 시장에서 선도적인 입지를 더욱 강화하게 됐다.
LG이노텍은 애플의 아이폰을 비롯해 LG전자의 전략 스마트폰 ‘G4’에도 카메라모듈을 공급 중이다.
지난 1분기 실적에서 광학솔루션 사업 부문은 1300만 화소 이상의 고화소 제품과 손 떨림 보정 기능(OIS)이 적용된 고성 능 카메라모듈 판매 확대로 전년 동기 대비 21% 늘어난 7119억원의 매출을 올렸다.
