스마트폰 카메라는 이제 일상생활에서 떼려야 뗄 수 없는 필수품이 되었습니다. 삼성, 구글, 애플 등 스마트폰 제조사들은 끊임없이 더 나은 사진을 위해 기술 경쟁을 벌이고 있죠. 그중에서도 특히 센서 기술의 발전을 적극적으로 설명하는 삼성이 최근 ‘나노프리즘’이라는 혁신적인 기술을 선보이며 다시 한번 주목받고 있습니다. 이 기술은 스마트폰 카메라가 빛을 모으는 방식을 근본적으로 바꿔, 우리가 찍는 사진의 품질을 한 단계 끌어올릴 것으로 기대됩니다.
작아지는 픽셀, 어려워지는 빛 포착
사진의 품질은 센서가 얼마나 많은 빛을 효율적으로 모으느냐에 달려 있습니다. 이 기본적인 원리는 센서와 픽셀의 크기가 작아질수록 더욱 어려워집니다. 특히 스마트폰은 크기가 매우 작기 때문에, 제한된 공간 안에 고화질을 구현하기 위해 픽셀 크기를 계속 줄여왔습니다. 하지만 픽셀이 작아질수록 빛을 받아들이는 감도가 떨어지고, 인접한 픽셀 간의 간섭(크로스토크)으로 인해 이미지 품질이 저하되는 문제가 발생했습니다. 특히 저조도 환경에서는 이러한 문제가 더욱 두드러져, 선명하고 깨끗한 사진을 얻기 어려웠죠.
그동안 대부분의 스마트폰 제조사들은 이러한 저조도 사진 품질 문제를 소프트웨어와 알고리즘으로 해결해 왔습니다. 삼성 또한 이 방식을 사용해왔지만, 이제는 하드웨어적인 혁신을 통해 새로운 돌파구를 찾았습니다. 바로 2017년에 처음 제안되었던 개념인 ‘나노프리즘’ 기술을 상용화한 것입니다.
기존 마이크로 렌즈의 한계와 나노프리즘의 등장
카메라 센서의 각 픽셀 위에는 빛을 픽셀로 집중시키는 마이크로 렌즈가 하나씩 배치되어 있습니다. 이 마이크로 렌즈의 성능이 좋을수록 픽셀이 더 많은 빛을 모을 수 있고, 최종 이미지 품질도 향상됩니다. 하지만 픽셀이 커질 때는 마이크로 렌즈를 설계하고 제작하기가 비교적 쉬웠던 반면, 픽셀이 점점 작아지면서 마이크로 렌즈의 제작과 제어는 점점 더 어려워졌습니다.
삼성은 기존 마이크로 렌즈 기반 광학 시스템의 한계를 지적합니다. “기존 마이크로 렌즈 기반 광학 시스템에서는 마이크로 렌즈와 픽셀의 컬러 필터가 1:1로 매칭되어 있어, 각 픽셀의 컬러 필터에 해당하는 색상의 빛만 픽셀이 받아들일 수 있었습니다. 즉, 정의된 픽셀 크기만큼만 빛을 받을 수 있다는 물리적인 한계가 있었습니다.” 이러한 방식으로는 컬러 필터에 맞지 않는 빛은 손실될 수밖에 없었습니다.
이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 것이 바로 나노프리즘 기술입니다. 나노프리즘은 표준적인 둥근 렌즈 대신, 마이크로 렌즈 위치에 나노 스케일의 구조물을 배치하여 빛을 각 색상에 맞는 픽셀로 효과적으로 유도합니다. “간단히 말해, 빛의 굴절과 분산을 이용하여 색상 불일치로 인해 손실되던 빛을 인접 픽셀로 보낼 수 있게 되어 각 픽셀이 받는 빛의 양이 증가했습니다.” 삼성의 설명처럼, 나노프리즘은 손실될 수 있었던 빛까지 최대한 활용하여 픽셀의 광 수집 능력을 극대화하는 혁신적인 방식입니다.
8년간의 개발 끝에 탄생한 ‘아이소셀 JNP’
나노프리즘 기술이 기존 마이크로 렌즈보다 훨씬 나은 솔루션이라면, 왜 상용화까지 8년이라는 오랜 시간이 걸렸을까요? 삼성은 그 이유를 “이미지 센서에 메타 포토닉스 기술을 상용화하는 것은 매우 도전적인 과제였습니다”라고 설명합니다. 나노프리즘이라는 이름에서 알 수 있듯이, 픽셀에 정밀하고 복잡한 나노미터(nm) 구조를 구현해야 했기 때문에 공정 개발부터 양산까지 많은 어려움이 따랐습니다.
이 새로운 기술을 현실화하기 위해 삼성은 CMP(화학기계적 연마) 및 나노프리즘 구현을 위한 저온 공정, 그리고 이미지 센서 생산을 위한 **TDMS(열탈착 질량 분석)**와 같은 특별한 기술과 방법을 도입했습니다. 이러한 노력 끝에, 나노프리즘 기술을 적용한 이미지 센서의 상업적 구현체인 **아이소셀 JNP(Isocell JNP)**가 탄생했습니다.
아이소셀 JNP는 올해(2025년) 양산에 돌입했으며, 이미 “최신 스마트폰”에 탑재되어 있습니다. 구체적으로 어떤 스마트폰 모델에 이 센서가 사용되었는지는 삼성에서 밝히지 않았지만, 이 기술이 적용된 센서는 기존 마이크로 렌즈 기술을 사용했던 동일한 유형 및 사양의 센서에 비해 감도가 25% 향상되었다고 합니다. 이는 스마트폰 카메라의 저조도 성능과 전반적인 이미지 품질에 상당한 개선을 가져올 것으로 기대됩니다.
더 밝고 선명한 스마트폰 사진의 미래
삼성의 나노프리즘 기술은 단순한 기술적 진보를 넘어, 스마트폰 카메라의 미래를 밝히는 중요한 전환점이 될 것입니다. 픽셀 크기를 무작정 키울 수 없는 스마트폰 환경에서, 빛을 모으는 효율을 극대화하는 나노프리즘 기술은 고화질과 소형화라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 해법을 제시합니다.
이제 우리는 낮이든 밤이든, 어떤 환경에서든 더욱 선명하고 생생한 사진을 스마트폰으로 담을 수 있게 될 것입니다. 앞으로 나노프리즘 기술이 적용된 아이소셀 JNP 센서가 어떤 스마트폰에 탑재되어 어떤 놀라운 사진들을 만들어낼지 귀추가 주목됩니다. 스마트폰 카메라 기술의 발전을 통해 우리의 일상 기록이 더욱 풍부해지는 미래를 기대해 봅니다.