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[마켓 분석:카메라④] 스마트폰 부품의 핵심..."3D센싱시장 60억달러 성장"

[마켓 황성수 기자] 스마트폰 부품시장 이끄는 '3D센싱 카메라'

애플의 3D센싱 카메라 공급망이 스마트폰 부품 시장을 이끌 새로운 성장 동력으로 떠오르고 있다.

애플의 전면 3D센싱 카메라 탑재량은 2018년 1.1억 대에서 2019년 1.8억 대로 증가할 것으로 예상된다. 후면 3D센싱 카메라는 2019년 3천만대에서 2020년 1.1억 대까지 증가할 전망이다. 올해 전면 3D센싱 카메라가 3개 모델에 탑재되고, 내년에 후면 3D센싱 카메라가 1개 모델에 탑재될 것을 가정한 수치다. 3D센싱 카메라 탑재량이 빠르게 증가하면서 관련 부품을 생산하는 업체들의 성장도 가속화되고 있다.
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아이폰X의 3D 센싱 모듈은 닷 프로젝터가 핵심 부품,자료: 애플

아이폰X의 3D센싱 카메라는 여러 부품들이 하나의 모듈로 구성된다. 닷 프로젝터가 적외선 패턴을 송신하는 적외선 송신부이고, 적외선 카메라가 피사체에 왜곡된 패턴을 받아들여서 이미지 센서에 전달하는 역할을 담당하며, 이 두 모듈이 3D센싱의 핵심이다.

투광 일루미네이터는 적외선 패턴을 원활히 인식하기 위해 적외선 조명을 조사하고, 근접 센서는 사람의 근거리 움직임을 인식해 닷 프로젝터를 구동하게 한다.

3D센싱 카메라, 2020년까지 60억달러 성장

아이폰 X에 탑재된 3D센싱 모듈의 공급가를 20달러 내외이다. SL방식 3D센싱 모듈부품 수급이 원활해지는 것을 감안해 공급가가 5%씩 감소할 것을 가정하고, 내년에 탑재될 ToF 방식 3D센싱 모듈 공급가를 15달러로 보수적으로 가정해도 애플의 3D센싱 카메라 시장 규모는 2020년까지 60억 달러 이상이 된다.
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애플의 3D센싱 카메라 시장 전망,자료:한화투자증권 리서치센터 추정

현재 SL 방식의 3D센싱 카메라 모듈 원가는 닷 프로젝터와 적외선 카메라가 각각 50~60%, 20~30% 수준으로 추정된다. 닷 프로젝터내에서는 VCSEL, WLO lens 부문, 그리고 모듈 조립에 원재료비가 많이 포함된다. 적외선 카메라는 이미지 센서와 패키징 부문에 원재료비가 많이 소요된다. 특히, VCSEL은 SL방식과 ToF방식 3D센싱 모듈에서 모두 필요한 핵심 부품이기 때문에 수요가 꾸준할 전망이다.

안드로이드 업체들의 3D센싱 카메라 양산 시점인 2019년 부터는 3D센싱 부품 시장의 성장이 두드러질 것이다. 안드로이드 진영에서 구성하는 3D센싱 카메라 모듈의 필수부품들은 애플의 모듈과 동일할 가능성이 높기 때문이다.

3D센싱 수요 증가, 소수 업체에 수혜 집중

3D센싱 카메라 부품 공급 업체 중에서 핵심 부품 생산 업체, 고난이도 어셈블리 기술력 보유 업체, 고부가 부품 검사장비 업체의 수혜가 크다. 3D센싱 카메라 시장은 제품의 기술 난이도가 높기 때문에 신규 업체들의 진입은 제한적이다.

구조화된 패턴을 송신하는 닷 프로젝터는 레이저 광원인 VCSEL과 VCESL의 빛을 모아주는 WLO, VCSEL에서 나오는 레이저를 원하는 방향과 패턴으로 조사하는 DOE로 구성된다. LG이노텍은 이 부품들을 조립해서 닷 프로젝터로 만드는 역할을 담당한다.
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아이폰 X 3D센싱 모듈의 주요 벤더: LG 이노텍은 Dot Projector 모듈 조립 담당, 자료: Tech Insight

닷 프로젝터는 미세한 부품들을 조립해야 되기 때문에, 아이폰X 생산 초기에 수율을 잡는데 가장 어려웠던 부품이다.

지난해 닷 프로젝터 모듈 제조는 LG이노텍과 샤프가 담당한 가운데, 샤프가 수율을 확보하는데 고전하면서 LG이노텍이 양산 초기 예정된 물량보다 더 많은 물량을 확보했다. 올해 닷 프로젝터 모듈 제조 업체로 LG이노텍과 폭스콘의 자회사인 CNBU가 주목받고 있다. LG이노텍이 제품 생산 노하우나 양산 수율측면에서 경쟁사보다 앞서기 때문에 더 많은 물량을 확보할 가능성이 높다.

적외선 카메라는 피사체에 반사되어 들어오는 패턴을 인식하기 때문에 상대적으로 구성이 간단하다. 이미지센서, 밴드패스필터, 렌즈로 구성되며 전체 모듈 조립 업체는 폭스콘과 오-필름으로 예상된다. 지난해 닷 프로젝터와 적외선 카메라 검사장비 담당은 국내 카메라 모듈 검사장비 업체로 추정된다.

닷 프로젝터, VCSEL·WLO·DOE 구성

닷 프로젝터는 아이폰X 3D센싱 모듈의 핵심 부품이다. 닷 프로젝터에서 VCSEL은 전기 신호를 광 신호로 바꿔 표면에 수직 방향으로 레이저를 방출하는 광원 역할을 한다.
VCSEL은 기존의 반도체 레이저 다이오드에 비해 더 작고 전력 효율이 뛰어나지만. 까다로운 제조공정이 요구된다. 애플은 VCSEL의 원활한 수급을 위해서 지난해 12월 피니사에 3억 9천만 달러를 투자했다. VCSEL이 3D센싱 카메라의 핵심 부품으로 떠오르면서 LED 양산 경험이 있는 삼성전자와 LG이노텍도 VCSEL 내재화를 준비할 가능성이 높다.

WLO는 VCSEL에서 나온 레이저를 평행하게 모아 DOE에 전달한다. WLO는 기온에 대한 내구성이 강하고 제품이 표준화돼 있다. 또, 조립이 쉽기 때문에 복잡한 공급망을 이동하는 닷 프로젝터의 렌즈로서 가장 적합하다. DOE는 WLO를 통해 전해진 레이저를 원하는 방향과 형태로 조사할 수 있도록 해 준다. 이 기능은 마이크로·나노스케일의 요철구조로 이뤄진 DOE 소자 표면 구조가 빛을 원하는 형태로 조사할 수 있도록 미세한 패턴을 갖췄기 때문에 가능하다.
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Dot Projector의 Teardown2,자료: SystemPlus Consulting

적외선 카메라, 커버 렌즈·밴드 필터·이미지센서로 구성

닷 프로젝터에서 분사한 적외선 패턴이 피사체에 반사되어 돌아오면, 적외선 카메라가 이를 인식하고 소프트웨어 전달한다. 적외선 카메라의 커버 렌즈 밑에는 밴드 필터가 위치한다. 이 필터는 피사체에 반사된 광신호가 돌아오면, 노이즈를 제거하고 필요한 영역대의 파장만 통과시키는 역할을 한다. 밴드 필터 밑에 위치한 이미지센서는 특정 파장만 인식하면 되기 때문에 2메가픽셀의 화소면 충분하다.

국내 업체 중에서는 옵트론텍이 Viavi가 담당하는 밴드 필터를 생산할 기술력과 캐파를 확보하고 있다. 결상 광학계 기술 전문 업체인 옵트론텍은 다양한 광 파장대를 아우를 수 있는 밴드 패스 필터를 이미 보유하고 있다. 만약, 삼성전자가 3D센싱 카메라 개발을 진행하면 관련 벤더로 들어갈 가능성이 높다.
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Near Infrared Camera Teardown, 자료:SystemPlus Consulting

근접 센서와 투광 일루미네이터, 3D센싱모듈 구동의 보조역할

근접 센서는 평소와 다른 파동을 감지해 사람을 인식하고 닷 프로젝터가 구동하게 한다. 아이폰 X의 근접 센서는 아이폰 7과 같은 모듈이 사용되고 있다. 벤더는 ST Micro다. 투광 일루미네이터는 저조도 환경에서 적외선 조명을 조사해 얼굴을 식별할 수 있도록 도와준다. 투광 일루미네이터의 광원인 VCSEL은 루멘텀이 공급하고, Winsemi가 패키징을 담당하고 있다.

2019년에 아이폰 후면부 탑재가 예상되는 3D센싱 카메라는 전면부 SL방식과는 다른 ToF 방식일 가능성이 높다.

전자는 근거리 물체 인식에 장점이 있는 반면, 후자는 원거리 데이터를 인식하고 처리하는데 장점이 있다. 두 방식의 가장 큰 차이점은 구조화된 패턴의 조사 유무다. SL방식은 구조화된 패턴을 조사하기 위해 WLO와 DOE를 탑재하며, 다양한 부품을 한 모듈로 조립해야 되고, 적외선 송신부와 수신부 사이인 baseline을 오차없이 만들어야되기 때문에 생산이 어렵다.

애플이 생산이 더 어려운 SL 방식 3D센싱 카메라를 아이폰X 전면부에 먼저 채용한 이유는 ToF 방식을 통해 구현해 낼 수 있는 콘텐츠가 마땅치 않았기 때문이다. 내년에도 소비자들의 수요를 이끌어낼 AR 콘텐츠가 바로 출시될 수 있다고는 장담할 수 없다.

하지만 후면부에 ToF 방식 3D센싱 카메라 채용을 통해 사용성을 점검하고 최적화된 AR 콘텐츠를 개발하는 과정도 필요하다.
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아이폰X 3D센싱 모듈의 주요 벤더,자료: Tech Insight

핵심부품·모듈조립·검사장비업체 주목

3D센싱 카메라 공급망은 애플과 중화권 안드로이드 업체, 그리고 삼성전자가 중심이다.
애플 관련 공급망 가운데 국내 업체는 LG이노텍과 하이비젼시스템의 수혜가 크다. 삼성전자의 서플라이 체인은 삼성전기, 나무가, 맨티스비전, 옵트론텍 등으로 예상된다. 삼성전자가 자체 개발을 통해 3D센싱 모듈에 필요한 많은 부품을 해결할 수 있다.

LG이노텍의 올해 3D센싱 모듈 실적으로 1조원을 넘어설 전망이다. 지난해 양산 경험을 바탕으로 신규 3D센싱 모듈(L21)의 수율이 안정적이고, 경쟁 업체 대비 앞선 기술력을 바탕으로 추후 물량 확보에서도 우위를 점할 수 있다. ToF 방식의 센싱 아이폰 후면에 탑재되면, 동사가 벤더로 참여할 가능성이 높기 때문에 중장기적인 실적 성장도 가능하다.

3D센싱 모듈 검사장비를 생산하는 하이비젼시스템도 지난해에 이어 사상 최대 실적 달성이 기대된다. 고객사가 3D센싱 모듈 퀄리티 유지를 위해 검사장비 업체는 솔 벤더로 유지할 가능성이 높기 때문이다. 올해 전면부 3D센싱 모듈 확산, 내년도 후면부 3D센싱 모듈 탑재, 신규 부품 검사장비 남품까지 기대되는 모멘텀도 많다.

황성수 기자 hss@markettimes.co.kr
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