사람이나 사물의 움직임을 감지하는 센서 시장이 급성장하고 있다.
대표적인 센서인 CMOS(상보형 금속산화) 이미지센서(CIS)는 스마트폰 카메라용이 주류를 이루고 있으나 앞으로는 센서용이 성장을 견인할 것으로 예상된다.
자동차 분야에서는 영상 촬영과 함께 형태, 요철 등 데이터를 감지하는 용도로 수요가 증가하고 있다.
글로벌 CIS 시장에서 점유율 1위를 차지하고 있는 소니(Sony)는 일본 반도체 생산기업 가운데 유일하게 수익이 증가하고 있으며 공급능력이 수요를 따라가지 못하고 있다.
CIS에 사용하는 렌즈 소재 시장을 주도하고 있는 미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals)도 증설 투자가 불가피한 것으로 파악되고 있고, 모바일용 컬러필터 시장을 과점하고 있는 후지필름(Fujifilm)은 앞으로 자동차용 센서 공세를 적극화할 방침인 것으로 알려졌다.
삼성전자도 소재부터 모듈에 이르기까지 CIS 시장에서 종합력을 발휘하고 있는 일본기업에 대항하기 위해 대규모 설비투자에 나서 반도체 메모리와 같이 시장점유율을 역전할 수 있을지 주목된다.
라이다, 미국‧유럽 이어 일본도 기술 개발
라이다(LiDAR)는 자율주행에 필수적인 기술로 시장이 급성장하고 있다.
장래성이 높은 만큼 다양한 기술이 군웅할거하고 있으며 유럽 및 미국기업이 선행하고 있으나 최근에는 미츠비시전기(Mitsubishi Electric), 파이오니아(Pioneer) 등 일본기업들이 잇따라 진출하고 있으며 코니카미놀타(Konica Minolta)도 연구를 진행하고 있다.
라이다는 광원으로 적외선 레이저를 사용하며 소재인 갈륨비소(GaAs) 에피택셜 웨이퍼(Epitaxial Wafer)는 스미토모케미칼(Sumitomo Chemical)이 공급하고 있다.
일본은 라이다 시장에서 후발주자로 시작했으나 CIS와 마찬가지로 종합력을 발휘할 수 있는 강점을 보유하고 있다.
자율주행은 짙은 안개, 악천후 속에서도 원거리에 있는 보행자, 신호, 차선 등을 정확하게 감지해야 하기 때문에 카메라, 밀리파레이더, 라이다 등 다양한 센서가 필요한 것으로 파악되고 있다.
특히, 적외선 레이저를 사용하는 라이다는 기술적 난이도가 가장 높아 아직 개발단계이며 미국 벨로다인라이다(Velodyne Lidar), 온세미컨덕터(ON Semiconductor), 독일 인피니언테크놀로지스(Infineon Technologies), 콘티넨탈(Continental) 등 유럽 및 미국기업들이 시장을 리드하고 있다.
그러나 최근 일본기업들이 잇따라 개발제품을 발표하면서 추격하고 있다.
파이오니아는 2019년 12월 MEMS(미세전자제어기술) 미러 방식을 2020년까지 양산할 계획이라고 발표했고, 미츠비시전기도 2025년 무렵 수평‧수직 2축 MEMS 방식을 실용화할 예정이며, 파나소닉(Panasonic)은 250미터 앞에 있는 물체를 높은 해상도로 분별하는 ToF(Time of Flight) 센서를 개발하고 있다.
자동차 조명 생산기업 코이토(Koito)도 2020년 2월 실리콘밸리 소재 셉톤테크놀로지스(Cepton Technologies)에 5000만달러를 투입해 라이다를 공동 개발하기로 합의했다.
셉톤은 벨로다인 기술자가 설립한 벤처기업으로 Voice Coils라는 독자기술을 활용해 코스트 대비 성능을 향상시키고 있다. 2023년경 카메라 채용을 목표로 하고 있으며 라이다 뿐만 아니라 카메라 등의 센서류를 모두 소형화해 헤드램프에 조합할 계획이다.
소니, 자동차용 시장 진출 본격화
소니는 자동차용 CIS 매출이 2025년 이후 발생할 것으로 예상하고 다양한 센서를 탑재한 콘셉트카를 개발해 2020년 1월 미국에서 열린 세계가전전시회 CES에서 선보였다.
콘셉트카는 총 33개에 달하는 센서를 탑재함으로써 자동차 주변 360도의 정보를 감지할 수 있는 특징이며 안개, 역광, 야간 비에서도 조기에 위험을 회피해 안전성을 향상시킬 수 있는 것으로 파악되고 있다.
대상물을 정확하게 인식하는 고기능성 CIS, 원거리에 있는 물체와의 거리를 매우 정밀하게 측정할 수 있는 Sold-state식 라이다, 자동차 안에 있는 사람과 물체를 감지해 이상이 발생했을 때 대응을 지원하는 측위센서 ToF(Time of Flight) 등을 탑재했으며 사륜구동 4인승 전기자동차(EV)로 2020년 도로에서 주행시험을 실시한 것으로 알려졌다.
개발하고 있는 라이다 사양은 공개하지 않았으나 자율주행 레벨3 또는 레벨4인 첨단운전자지원시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems) 선도기업과 협력해 자동차용 센서 시장에 본격 진출할 방침이다.
라이다 시장을 선행하고 있는 유럽 및 미국기업 중에서는 미국 온세미컨덕터가 데모 버전을 공개했다.
VCSEL 기술을 보유하고 있는 오스트리아 반도체 메이저 AMS는 독일의 라이다 기술 개발기업 Ibeo, ZF와 공동으로 소형이고 코스트가 낮은 Sold-state식 라이다를 개발하고 있으며 2021년 상품화를 목표로 하고 있다.
애플(Apple)은 2020년 3월18일 라이다를 탑재한 아이패드(iPad) 신제품을 발표했다.
최대 5미터 앞에 있는 대상물까지의 거리를 측정할 수 있으며 카메라와 모션센서 데이터를 조합함으로써 사람의 키를 측정하거나 AR(증강현실)을 체험할 수 있는 것으로 파악하고 있다.
애플은 2020년 말 환자의 회복상황을 진단하기 위한 신체기능 평가도구를 발표할 예정이다.
스미토모, 갈륨비소 에피텍셜 웨이퍼 증설
라이다 생산기업의 활발한 움직임에 따라 소재 생산기업들도 대응에 박차를 가하고 있다.
스미토모케미칼은 스마트폰 얼굴인식에 이어 자동차용 VCSEL(표면 광방출 레이저) 분야에서 수요가 증가하고 있는 갈륨비소 에피택셜 웨이퍼 증설을 결정했다.
미국에서 화합물 반도체를 공급하고 있는 SCAT를 중심으로 자회사 사이오크스(SCIOCS) 생산을 확대할 계획이다.
스미토모케미칼은 일본 유일의 갈륨비소 에피택셜 웨이퍼 생산기업으로 구경 150밀리미터 프로세스 설비를 보유한 SCAT, 히타치케이블(Hitachi Cable)로부터 인수한 화합물 반도체 사업을 모체로 하는 사이오크스, 사이오크스 치바(Chiba) 공장에 생산체제를 구축하고 있다. 
웨이퍼는 최근 구경 100밀리미터 그레이드에서 생산효율이 더욱 높은 150밀리미터 그레이드로 주류가 변화하고 있다.
글로벌 CIS 관련소재 시장에서 높은 점유율을 확보하고 있는 미쓰이케미칼과 후지필름은 스마트폰 판매가 부진함에도 카메라 탑재 수가 증가하고 화소가 높아짐으로써 호재를 맞이하고 있다.
미쓰이케미칼은 스마트폰 카메라용 렌즈 소재 Apel 수요가 호조를 나타내고 있고, 반도체 소재인 Icros Tape도 타이완 공장이 높은 가동률을 유지하고 있어 생산 확대를 추진하고 있다.
후지필름의 전자소재 자회사 Fujifilm Electronics Materials(FFEM)는 스마트폰, 디지털카메라에 사용하는 CIS용 마이크로 컬러필터 소재인 착색 감광소재 Color Mosaic 시장을 독점하고 있다.
은염필름을 생산하면서 축적한 노하우를 차별화로 이어가고 있는 가운데 앞으로는 수십GHz 대역의 파장제어 소재 사업화를 추진하는 등 라이다 시장에도 주력할 계획이다.
동우화인켐, 차세대 센서 개발 총력전
동우화인켐도 5G(5세대 이동통신) 대응 개발을 적극화하고 있다.
동우화인켐은 스미토모케미칼의 100% 자회사로 반도체, 디스플레이용 고순도 화학약품, 편광필름, 터치센서 등을 생산하고 있으며, 특히 터치센서는 자체 개발한 기술을 통해 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널 탑재 스마트폰에 다수 공급하고 있다.
최근에는 그동안 축적해온 OLED 패널용 터치센서 기술을 발전시켜 차세대 센서를 개발하고 있으며 5G용 투명필름 안테나를 개발해 주목된다.
독자적인 소재와 안테나 설계로 5G 전파대 밀리파를 효율적으로 수신할 수 있도록 했으며 밀리파 외에 서브6(6GHz대 이하) 대응도 가능하도록 개발을 가속화하고 있다.
투명해 시인성을 해치지 않는다는 점에서 스마트폰 전면부 디스플레이에 도입될 것으로 예상된다.
밀리파는 직진성이 높아 장애물에 영향을 쉽게 받아 스마트폰을 쥔 손 때문에도 전파장애가 일어날 수 있으나 디스플레이 전면을 안테나로 제조하면 밀리파 수신이 더 용이해질 것으로 기대하고 있다.
하이엔드 스마트폰은 통신환경 향상을 위해 여러 안테나 유닛을 탑재하고 있어 필름 안테나를 채용할 수 있게 된다면 통신환경을 훨씬 향상시킬 수 있게 될 것으로 판단된다.
동우화인켐은 모회사 스미토모케미칼이 OLED 스마트폰용으로 윈도우 필름, 터치센서, 원편광판을 공급하고 있고 최근에는 모든 소재를 집약시킨 기능 통합 부재 개발에 총력을 기울이고 있는 만큼 자체 개발하고 있는 투명필름 안테나 조합을 기대하고 있다.
5G용 투명필름 안테나는 일본 DNP도 개발하고 있으며 초미세 금속 메시 방식으로 2022년 양산할 계획인 것으로 알려졌다.
동우화인켐은 투명필름 안테나 외에 지문인증 센서와 헬스케어 체크 센서도 개발하고 있으며 샘플 출하를 본격화해 신규시장 개척에 박차를 가할 계획이다. (강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com)
