2025년 7월, 삼성전자는 ISOCELL JNP 이미지 센서에 나노프리즘 기술을 공식적으로 양산하여 스마트폰 카메라 모듈 산업에 새로운 "픽셀 소형화, 이미지 품질, 구조 설계의 시너지 최적화" 솔루션을 제공했습니다. Meta-Photonics를 중심으로 하는 이 기술은 고해상도 업그레이드에서 모듈이 직면한 "감도 감소 및 크기 제한"이라는 핵심 문제점을 직접적으로 해결하며, 작은 픽셀 시대의 모듈 광학 설계 논리를 재정의하고, 중고가 스마트폰 카메라 모듈의 반복을 가속화할 것으로 예상됩니다.
현재 스마트폰 카메라 모듈은 "고해상도 요구"와 "실제 경험의 한계" 사이의 갈등에 직면해 있습니다. 한편으로는 2억 화소, 4K 비디오와 같은 고화질 이미징에 대한 소비자의 요구가 계속 증가하면서 모듈 내 이미지 센서의 픽셀 크기가 1.0μm에서 0.5-0.7μm 범위로 축소되고 있습니다. 다른 한편으로는 기존 기술 하에서 픽셀 축소로 인해 두 가지 주요 문제가 발생합니다. 첫째, 픽셀당 빛 입사량이 감소하여 저조도 환경에서 노이즈가 급증합니다. 이를 보완하기 위해 더 큰 렌즈 조리개 또는 센서 크기가 필요하며, 이는 모듈 두께를 증가시키고 "카메라 범프"를 유발하여 스마트폰의 슬림 디자인 트렌드와 모순됩니다. 둘째, 픽셀 간격이 줄어들면서 빛 간섭이 심화되고, 컬러 필터 간의 빛 누출로 인해 색상 재현 정확도가 저하되어 이미지 일관성에 영향을 미칩니다. 업계 데이터에 따르면, 기존 0.7μm 픽셀 모듈의 저조도 이미징 신호 대 잡음비(SNR)는 1.0μm 픽셀 모듈보다 평균 20% 낮아 고해상도 모듈의 대중화를 제한하는 주요 병목 현상이 되고 있습니다.
삼성의 나노프리즘 기술은 모듈의 광학 경로를 재구성하여 앞서 언급한 갈등에 대한 표적 솔루션을 제공하며, 핵심 가치는 두 가지 주요 측면에 반영됩니다.
기존 모듈에서 마이크로렌즈는 컬러 필터와 일대일로 대응됩니다. 필터 색상과 정확히 일치하지 않는 빛(예: 빨간색 빛이 녹색 필터 영역으로 잘못 들어가는 경우)은 직접 손실되어 빛 이용률이 약 60%에 불과합니다. 나노스케일 메타표면 구조의 굴절 및 분산 효과를 통해 나노프리즘은 이전에 손실된 빛을 해당 픽셀로 다시 전달하여 픽셀당 빛 입사량을 25% 증가시킵니다(ISOCELL JNP 센서의 감도 개선 데이터와 일치). 이는 이 기술이 탑재된 0.7μm 픽셀 모듈이 더 큰 렌즈나 센서 없이도 기존 1.0μm 픽셀 모듈의 저조도 이미징 성능에 필적할 수 있음을 의미합니다. 주류 50MP 모듈을 예로 들면, ISOCELL JNP 센서를 채택한 후 렌즈 직경을 6.5mm에서 5.8mm로 줄일 수 있으며, 모듈 두께를 0.3-0.5mm 감소시켜 "카메라 범프" 문제를 효과적으로 피할 수 있습니다.
나노프리즘 기술은 이미지 센서의 마이크로렌즈 레이어에 통합되어 렌즈, 렌즈 홀더, 커넥터와 같은 핵심 모듈 구성 요소의 구조를 수정할 필요가 없습니다. 제조업체는 기존 생산 라인을 기반으로 신속하게 적용할 수 있습니다. 한편, 삼성은 Chemical Mechanical Polishing(CMP)을 사용하여 나노구조의 평탄도를 보장하고(오차 ±5nm 이내로 제어), Thermal Desorption Mass Spectrometry(TDMS)를 사용하여 나노구조의 일관된 대량 생산 테스트를 수행하여 각 센서의 광학 성능 편차가 3% 미만이고 공정 변동으로 인한 불균일한 모듈 이미지 품질을 방지합니다. 이러한 "낮은 변환 비용 + 높은 일관성" 기능은 중고가 모델이 고해상도 모듈을 채택하는 문턱을 낮추어 2억 화소급 모듈이 플래그십 폰에서 3,000-4,000위안 가격대 모델로 침투하는 것을 촉진합니다.
현재 나노프리즘 기술이 탑재된 ISOCELL JNP 센서는 대량 생산에 돌입하여 2025년 하반기에 출시된 삼성 및 일부 안드로이드 생태계 브랜드의 플래그십 모델에 적용되었습니다. 지원 카메라 모듈은 통신사 테스트를 완료했으며, 인물 사진 촬영 및 야간 비디오 녹화와 같은 저조도 시나리오에서 이전 세대 제품에 비해 15%-20% 향상된 성능을 보였습니다(타사 이미징 평가 기관의 데이터 기준). 산업 트렌드 관점에서 이 기술은 세 가지 주요 영향을 미칠 것입니다.
업계 분석가들은 2026년에 나노프리즘 및 유사한 Meta-Photonics 기술을 채택한 스마트폰 카메라 모듈의 출하량이 8천만 대를 넘어 글로벌 중고가 모듈 시장 점유율의 25% 이상을 차지할 것으로 예상합니다. 삼성의 기술 혁신은 자체 이미지 센서 사업에 경쟁 우위를 구축할 뿐만 아니라 전체 카메라 모듈 산업을 "고해상도, 슬림 디자인, 저비용"의 시너지 개발 방향으로 이끌고 있습니다.
