나. CMOS 이미지센서 특허 동향
국내의 출원연도별 특허출원 동향을 참고하면 1998년 이후로 출원이 증가하는 양상을 보이고 있으며, 주요 특허 출원인은 하이닉스와 삼성전자가 차지하고 있고, 그래프 상에는 나타나지는 않았지만 픽셀플러스, 시아이센서, 한성엘컴텍 등 중소기업도 작은 부분을 차지하고 있다.
현재 국내의 하이닉스는 해상도에 따라 CIF급(10만화소), VGA급(30만화소), SVGA급(50만화소)의 CIS를 CLCC Package 형태로, 카메라 모듈을 생산 공급하고 있고, MEGA급의 CIS는 개발 중에 있다. 이밖에도 삼성전자가 0.35㎛공정으로 1/2인치 SXGA(130만화소)급, 1/7인치 CIF(11만화소)급, 1/4인치 VGA(33만화소)급 등 3개의 제품을 양산할 계획이며, 0.18㎛공정을 적용한 차세대 제품도 개발, CMOS 센서 시장에서 주도권을 차지할 계획이다.
2. 해외 특허동향
가. 미국 특허 동향
1) CCD 이미지센서 특허 동향
<그림 4>는 미국의 연도별 출원분포를 나타낸 그래프로서, 미국내 출원되어 등록된 미국특허를 대상으로 하였다.
미국내 출원에도 한국의 출원인별 출원분포와 비슷하게 다출원인으로서 일본의 기업이 상당수 포함되어 있으며, 한국의 LG반도체도 5% 정도의 출원분포를 보인다. 일본의 출원인별 출원분포와 비슷하게 100여개가 넘는 기업들이 출원을 하여, 전체 대비 다출원인에 의한 출원 분포가 그렇게 높지 않게 나타난다. 기타 출원인에는 광학 기계 및 반도체를 제조하는 기업들이 대다수를 차지하고 있다.
2) CMOS 이미지센서 특허 동향
미국은 애질런트테그놀로지스(Agilent Technologies)크론텔(chrontel)달사(DALSA)포비언(Foveon)IC미디어마이크론(Micron)모토로라옴니비전테크놀로지스(OmniVision Technologies)픽토스(Pictos)픽심(Pixin)조란(Zoran) 등 많은 기업들이 고른 출원 분포를 보이고 있고, 주요특허 출원인은 IBM, 포비언, 코닥, Micron Technology, National Semiconductor, 인텔 등 CMOS 공정기술을 상용하여 제품생산을 주도하여 온 회사들로, 기술 내용에서는 기존의 CMOS 공정을 토대로 이미지센서로서의 특성 개선을 위한 회로구조 관련 특허가 주종을 이루고 있다.
애질런트는 2종의 컬러 및 흑백 VGA급 CIS와 2종의 CIF급 CIS를 출시했으며, 옴니비전은 CIF급과 VGA급뿐 아니라 SVGA(800×600화소)급과 SXGA(1280×1024화소)급 CMOS센서도 공급하고 있다.
나. 일본 특허 동향
1) CCD 이미지센서 특허 동향
<그림 6>은 일본의 연도별 출원분포를 나타낸 그래프다. 
일본의 전자산업을 주도하고 있는 대다수의 기업들이 고른 출원분포를 보이고 있으며, 1980년대 초부터 2000년대까지 꾸준한 출원분포를 보여온 소니가 15%의 출원분포로 가장 많은 출원량을 보여주고 있다. 기타 41%에 속하는 기업으로는 샤프, 산요, 니콘, 리코 등이 있으며, 카메라 등을 포함한 광학기계를 생산하는 대다수의 일본 기업이 포함되어 있다.
2) CMOS 이미지센서 특허 동향
일본은 도시바올림푸스소니 등이 주요 출원인으로 고른 분포를 보이고 있다. 후지쯔는 이동전화와 PDA용으로 초당 15프레임을 전송할 수 있는 11만화소의 7분의 1인치 CIS 카메라 모듈을 발표했으며, 지난 15~20년 동안 세계 최대 CCD 센서 생산업체 자리를 지켜온 소니는 디지털 스틸 카메라용 메가 화소급 CCD 센서와 캠코더, 보안 카메라를 포함한 상용 및 산업 카메라용 VGA급 CCD 센서를 공급하고 있다.
3. 비교분석
이미지센서는 1967년부터 개발되었고, CCD형 이미지센서는 1970년대 후반부터 상업화가 이루어졌다. 특히 1980년대 후반에는 일본에서 급증한 출원에 의하여 전체적으로 특허건수가 급증하는 현상을 보이고 있다.
1990년을 전후한 특허건수의 증가는 개인용 디지털 비디오의 보급 확대에 따른 CCD형 이미지센서에 대한 수요 증가뿐만 아니라 일본을 중심으로 한 CMOS형 이미지센서의 기술개발에 기인한 것으로 판단된다. 그리고 1995년을 전후한 특허건수의 감소는 히다찌 등이 1979년부터 CMOS형 이미지센서의 기술개발을 추진하였으나 당시까지의 주변기술 여건상 CMOS형 이미지센서의 단점을 해결하지 못하여, 1989년 CMOS형 이미지센서의 기술개발을 포기하는 등 연구개발 방향 전환에 기인하는 것으로 보인다.
이미지센서 관련 특허는 1990년대 초반 Hamamatsu, 1990년대 중반 및 후반에 미국의 대학 및 연구기관에서 CMOS형 이미지센서의 단점인 잡음을 제거하는 기술 등을 개발하였으며, 반도체를 주문받아 생산해 주는 Foundry 업체의 출현으로 설계 능력만 있으면 생산이 가능하게 되었다. 이동통신기기와 같은 저전력 소비와 저전압 구동을 요구하는 이미지센서 시장의 출현과 인터넷 등에서의 저해상도 이미지 전송의 요구에 적합한 저가의 이미지센서 수요에 부응 등으로 이미지센서 관련 특허가 급증하게 된다는 것을 알 수 있고, 이로 인하여 전체적인 특허건수가 증가하고 있다.
Ⅳ. 시장동향 및 전망
1. 산업 동향
가. 산업의 개요
하이테크 전문 조사기관인 INSTAT/MDR은 최근 보고서에서 이미지센서 시장이 2007년도까지 판매물량 기준으로 연평균 28.1% 성장할 것으로 전망했다. 그러나 금액기준으로는 미국 판매가격의 몰락으로 8.2% 성장할 것으로 보인다. 이미지센서 시장이 지난 수년간 성장을 거듭한 근간에는 반도체시장을 잠식하면서 이루어졌다고 분석했다.
대표적인 두 가지 이미지센서인 CCDs(Charge- Coupled Devices)와 CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)가 2007년도에는 시장을 각각 반분할 것으로 전망되고 있다. 현재 CCDs는 카메라폰과 디지털 스틸카메라의 판매증가로 이미지센서 시장의 성장을 주도하고 있다. CMOS는 PC카메라, 저급 디지털 스틸카메라, 이중모드(PC와 스틸카메라 기능을 모두 갖춤)를 갖춘 카메라와 같은 저가 카메라 시장에서 서서히 성장할 것으로 보인다. CMOS는 2007년도까지 CCDs에 비해 물량면이나 금액면에서 2배 정도의 성장을 할 것으로 전망되고 있어 업계에서는 CCDs 시장이 CMOS로 인하여 죽을 것이라고 알려지고 있으나 이는 대단히 과장된 것이다. 팩스, 스캐너 등에 사용되는 선이미지센서(Linear Image Sensors)는 CIS(Contact Image Sensors)에 의해 계속해서 경쟁을 당해 왔다. CIS는 더 통합되어 있고 더 낮은 코스트로 생산할 수 있는 제품이다. 따라서 CIS와의 경쟁으로 인해 CCD 생산업자들은 지난 수년간 가격을 낮추도록 했다.
나. 산업의 특징
최근 20년간 시장을 독주했던 CCD형 이미지센서 시장의 아성에 새로운 CMOS형 이미지센서가 도전장을 내밀고 있다. CMOS형 이미지센서는 모바일 폰 핸드셋과 무선 내시경, 광 마우스, 머신비전 등 다양한 응용 분야에서 시장을 구축하고 있는 것이다.
이미지센서 시장은 향후 급격한 성장이 계속되어 2008년도에는 4조원 이상의 시장이 되리라 예측된다.
CCD형 이미지센서의 경우 공정이 CMOS형 이미지센서에 비해서 상대적으로 어렵고, CMOS형 이미지센서의 경우 Random Access가 가능하나 CCD형 이미지센서는 불가능하다. 그런 점이 최근에는 CMOS 공정 기술의 발달 및 신호 처리 알고리즘의 개선 등으로 인하여 기존의 CMOS형 이미지센서가 가지고 있던 단점들이 극복되기 시작하였다. 또한 선택적으로 CCD형 이미지센서 공정을 CMOS형 이미지센서에 적용, 제품의 질이 기존에 비해서 월등히 개선되어 이미지센서 시장을 CCD형 이미지센서와 양분할 정도로 기술력이 급격히 상승하고 있는 실정이다.
Cahners In-State Group에 따르면, 광자(Photons)를 전자(Electrons)로 변환하는 반도체 디바이스인 이미지센서 시장이 1999년 상반기에 10억 달러를 넘어선 것으로 나타났다. 특히 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 부문이 1999년 이미지센서 시장의 매출액 중 6.2%를 점유하였으며, 출하량도 7.2%에 달하여 빠르게 성장하고 있는 것으로 보인다. 또한 향후 5년 내에 저가의 휴대용 카메라 수요가 폭발적으로 증가하는 것에 힘입어 2004년에는 CMOS의 시장 점유율이 50.8%에 달할 것이고, 매출액도 전체 시장의 35.5%를 점유할 것으로 전망되고 있다.
CMOS의 급성장 요인은 CCD(Charge Coupled Device)에 비해 저렴한 가격, 저전력, 보다 높은 칩 집적화(Higher On-chip Integration)인 것으로 분석된다.
CCD형 이미지센서와 CMOS형 이미지센서는 각자의 독특한 응용 분야가 따로 있기 때문에 단순히 물량이나 매출액으로만 평가하는 것은 곤란하다. 이것은 마치 DRAM과 플래시 메모리 시장을 비교하는 것이나 광 저장 장치와 자기 저장 장치를 비교하는 것과 마찬가지로 비유될 수 있다. 이 제품들은 경쟁하는 시장이 분명히 있긴 하지만, 독자적인 시장이 따로 있기 때문에 어느 한 기술만 살아남는 것이 아니라 서로 공존하는 형태를 취하게 될 전망이다.
이미지센서 제품은 CMOS형 이미지센서와 CCD형 이미지센서 또는 화소수가 어느 정도인가 보다는 더 중요한 다른 성능에 의해 시장에서 선택되어진다고 봐야 옳을 것이다. 즉, 응용 분야에 따라 누구에게 유리한가가 정해진다고 봐야 옳을 것이다. 예를 들어, 저잡음이 중요한 분야에서는 CCD형 이미지센서가 유리하다. 그러나 CMOS형 이미지센서도 최근 발전을 거듭하고 가격이 싸기 때문에 1메가 화소까지는 추격한 양상이다. 현재 1.5메가 화소 이상의 고화질이 중요한 분야에서는 아직 CCD형 이미지센서가 시장을 장악하고 있다. 천문학 측정에 사용되는 잡음이 아주 작아야 하는 분야에서는 단연코 CCD형 이미지센서가 널리 쓰인다. 가격 경쟁이 치열한 분야에서는 CMOS형 이미지센서가 유리하다고 여겨진다. CMOS형 이미지센서는 주변 회로를 이미지센서에 집적할 수 있기 때문에 칩개수를 줄일 수 있다. 또한, CMOS형 이미지센서는 본질적으로 전력 소모가 적기 때문에 건전지를 사용해야 하는 모바일 응용 분야에서는 월등히 유리하다고 할 것이다. 또한 고화소수의 빠른 동작에서는 CMOS형 이미지센서가 유리하며, 증폭률을 조절하거나 윈도우화 등이 요구되는 응용 분야에서는 CCD형 이미지센서가 따라 올 수 없다. 최근 급격하게 증가하고 있는 모바일 폰 핸드셋 시장에서의 승패가 결국 승자를 결정할 것으로 예상된다.
