4차 산업혁명을 이끌 차세대 스마트센서 기술 동향 분석 및 국내외 기업종합분석 (All Colour판)

1. 서론 1

2. 스마트센서 3
가. 센서란? 3
1) 센서의 정의 3
2) 센서의 종류 4
3) 센서의 분류 10
4) 국내외 센서 시장 현황 및 전망 13
나. 스마트 센서 20
1) 스마트 센서의 정의 20
2) 스마트 센서와 사물인터넷 22
3) 스마트 센서 종류 26
4) 스마트 센서 시장 전망 33

3. 바이오 센서 35
가. 바이오센서 정의 35
나. 바이오센서 적용분야 36
다. 바이오센서 성장 및 저해 요인 37
라. 바이오센서 시장 전망 39
마. 바이오센서 기술 및 개발동향 42
바. 나노기술과 바이오센서 46
사. MEMS 기술과 바이오센서 50
아. 바이오 센서 분야 R&D 이슈 53

4. 모바일 센서 55
가. 모바일센서 정의 55
나. 모바일 센서 성장 및 저해요인 59
다. 모바일 센서 시장 전망 61
라. 모바일 센서 기술 및 개발동향 68
마. MEMS 기술과 모바일 센서 72
바. 모바일 센서 분야 R&D 이슈 77

5. 스마트카 센서 78
가. 스마트카의 정의 78
나. 스마트카 센서 적용분야 79
다. 스마트카 센서 시장 전망 88
라. 나노기술과 스마트카 센서 90
마. MEMS 기술과 스마트카 센서 92
바. 스마트카 센서 업체 96
사. 스마트카 센서 분야 R&D 이슈 102

6. 이미지센서 104
가. 이미지 센서 정의 104
나. 이미지센서 적용 분야 113
다. 이미지센서 시장 전망 117
라. 이미지센서 기술 및 개발동향 123
마. MEMS 기술과 이미지 센서 125
바. 이미지 센서 분야 R&D 이슈 127

7. 화학센서 130
가. 화학센서 정의 130
나. 화학센서 적용분야 135
다. 화학센서 시장 전망 137
1) 국외시장 전망 137
2) 국내시장 전망 140
라. 화학센서 국내외 기술 및 개발동향 141
1) 국내동향 141
2) 해외동향 147
마. 나노기술과 가스센서 153
바. MEMS 기술과 가스센서 156
사. 화학 센서 분야 R&D 이슈 (가스센서) 159
1) 국내 이슈 159
2) 해외 이슈 161

8. 압력센서 163
가. 압력센서 정의 163
나. 압력센서 적용분야 169
다. 압력센서 시장 전망 170
라. 압력센서 기술 및 개발동향 172
마. 나노기술과 압력센서 173
바. MEMS 기술과 압력센서 175
사. 압력 센서 분야 R&D 이슈 183

9. 적외선 센서 187
가. 적외선 개요 187
나. 적외선센서 정의 189
다. 적외선센서 종류 191
라. 적외선 센서 적용 분야 212
마. 적외선센서 시장 전망 230
1) 세계 시장 현황 및 전망 230
2) 국내 시장현황 및 전망 237
바. 적외선센서 기술 동향 242
사. 나노기술과 적외선센서 250
아. MEMS기술과 적외선센서 251

10. 온도센서 253
가. 온도센서 정의 253
나. 온도센서 종류 256
1) RTD (Resistance Temperature Detector) 256
2) 서미스터 (Thermistor) 264
3) 열전대(Thermocouple) 277
4) IC온도센서 (Intergrated Circuit Temperature sensor) 281
다. 온도센서 적용 분야 283
라. 온도센서 연구 동향 289
1) 국내 연구동향 289
2) 국내 특허 291
3) 해외 연구동향 293
4) 해외 특허 295
마. 온도센서 시장 전망 297
바. 나노기술과 온도센서 298

11. 결론 300

12. 참고문헌 302

<표 차례>

표 1 보조 에너지 공급에 따른 센서의 분류 10
표 2 보조 에너지 공급에 따른 센서의 분류 10
표 3 재료에 따른 센서 분류 11
표 4 변환 현상에 따른 센서의 분류 11
표 5 변환 현상에 따른 센서의 분류 12
표 6 국내 센서산업 시장규모 현황 및 전망 (단위 : 억 달러) 13
표 7 세계 유형별 센서 시장전망 (단위 : 백만 달러) 14
표 8 센서별 세부분류별 시장전망 (단위 : 백만 달러) 19
표 9 바이오센서 활용분야 36
표 10 세계 의료분야 바이오센서 시장전망 39
표 11 세계 응용분야별 바이오센서 시장전망 40
표 12 세계 기술별 바이오센서 시장전망 41
표 13 바이오센서의 기술 분류 및 내용 43
표 14 주요 바이오센서 시스템 관련 기술개발 국내동향 45
표 15 나노바이오센서의 활용 분야 47
표 16 스마트 디바이스에 탑재되는 주요 센서 58
표 17 세계 모바일 센서 매출액 및 출하량 전망 61
표 18 스마트 기기 유형별 센서 매출액 전망 62
표 19 스마트폰 관련 센서 매출액 전망 64
표 20 태블릿 PC 관련 센서 매출액 전망 65
표 21 노트북 관련 센서 매출액 현황 66
표 22 생체신호 감지영역 68
표 23 IBM이 전망한 5년 뒤 컴퓨터의 오감인식 70
표 24 자동차 세부 시스템별 적용되는 센서 80
표 25 스마트카용 안전 시스템에 사용되는 센서의 종류 85
표 26 세계 응용 유형별 자동차용 센서 시장전망 88
표 27 세계 기술별 자동차용 센서 시장 전망 89
표 28 CCD와 CMOS센서의 비교 111
표 29 노트북(태블릿)용 이미지센서 시장 규모 추이 및 전망 119
표 30 TV용 이미지센서 시장 규모 추이 및 전망 121
표 31 화학센서의 응용 130
표 32 가스센서의 검출방법과 분류 131
표 33 기술구분에 따른 가스센서 시장규모 (단위: 백만달러) 138
표 30. 주요지역에 따른 가스센서 시장규모 139
표 35 국내 가스센서 시장규모 예측 (단위 : 억 달러) 140
표 36 국내 센서 시장 규모현황 및 전망 140
표 37 가스센서 관련 R&D 추진 현황 159
표 38 MEMS 압력센서 응용분야 169
표 39 실리콘 센서용 압력센서 세계 수요전망 (단위 : 백만달러) 170
표 40 국내 압력센서 시장규모 추이 (단위: 백만 달러) 171
표 41 적외선 파장 영역별 분류 188
표 42 센서의 특징 190
표 43 적외선 센서의 종류 191
표 44 상온에서의 파장대영별 주요 분자들의 흡수 스펙트럼 강도 209
표 45 2012년 Strategies Unlimited의 중적외선분광기용 광원 시장분석 233
표 46 비냉각 적외선 카메라 국내외 시장 현황 238
표 47 국내 적외선 센서 개발 243
표 48 접촉식 온도센서와 비접촉식 온도센서 254
표 49 온도센서별 특징 255
표 50 RTD 센서별 특징 261
표 51 RTD 센서 연결방법에 따른 구분 262
표 52 대표적인 서미스터의 재료 265
표 53 NTC 서미스터 저항-온도 특성 268
표 54 열전대의 재료별 분류표 280
표 55 온도센서로서의 만족 조건 286
표 56 배기온도센서의 비교 288
표 57 온도센서 / 배기온도센서관련 국내특허 292
표 58 온도센서 / 배기온도센서관련 해외 연구 293
표 59 온도센서 / 배기온도센서관련 해외 연구 294
표 60 온도센서 / 배기온도센서관련 해외 특허 295
표 61 온도센서 / 배기온도센서관련 해외 특허 296

<그림 차례>

그림 1 제4차 산업혁멍 1
그림 2 센서 3
그림 3 온,습도 센서 4
그림 4 초음파 센서 5
그림 5 가속도 센서 6
그림 6 적외선 센서 6
그림 7 바이오 센서 7
그림 8 이미지 센서 7
그림 9 압력센서 8
그림 10 자기센서 9
그림 11 전류 센서 9
그림 12 MEMS 기반의 센서시장 전망 15
그림 13 센서 형태별 시장점유율(2012년) 15
그림 14 센서 형태별 시장점유율 (2019년) 16
그림 15 센서 유형별 시장 성장률 (2014~2019) 16
그림 16 스마트 센서 20
그림 17 사물인터넷의 주요 요소 22
그림 18 나노기술 26
그림 19 나노기술의 파급효과 27
그림 20 탄소나노튜브의 종류 27
그림 21 FET 형태의 탄소나노튜브 센서 구조 28
그림 22 표면 미세가공 30
그림 23 몸체 미세가공 30
그림 24 나노 머시닝 31
그림 25 MEMS 설계의 흐름 32
그림 26 세계 스마트 센서 시장 전망 33
그림 27 센서 시장에서의 스마트 센서 비중 34
그림 28 바이오센서 35
그림 29 바이오센서 구성 및 원리 35
그림 30 바이오센서 활용분야 37
그림 31 나노바이오센서의 구성 및 작동원리 46
그림 32 Retina Chip 51
그림 33 갤럭시 S5의 심박수 측정 센서 53
그림 34 모바일 센서 구성 및 원리 55
그림 35 글로벌 단말별 인구당 보급률 추이 59
그림 36 스마트기기 유형별 모바일 센서 점유 비중 변화, 2016년 62
그림 37 스마트기기 유형별 모바일 센서 점유 비중 변화, 2023년 62
그림 38 스마트폰에 탑재된 센서 63
그림 39 2012년 스마트폰 센서별 업체 시장 점유율 (단위 : %) 67
그림 40 유연센서와 관련된 주변 기술 69
그림 41 MEMS 마이크로폰 72
그림 42 마이크로폰의 다이아프램 크기 비교 73
그림 43 MEMS 마이크로폰 칩의 구조 74
그림 44 칩으로 구성된 MEMS 마이크로폰 74
그림 45 MEMS 마이크로폰 시장 전망 76
그림 46 스마트카 78
그림 47 자동차 1대당 평균 센서 수 79
그림 48 자동차에 적용된 센서 (자료 : Bosh) 80
그림 49 스마트카에 적용되는 RADAR와 LIDAR 86
그림 50 나노튜브 소재 및 MEMS 플랫폼을 이용한 고감도 가스 센서 90
그림 51 나노소재 기반 센서 기술 91
그림 52 MEMS를 활용한 가속도와 자이로 센서 92
그림 53 MEMS 자동차 센서의 시장 규모 93
그림 54 정전용량형 가속도 센서의 단일 센싱 전극(좌), 2축 가속도 센서(우) 94
그림 55 정전용량형 압력 센서의 단면도 및 센싱칩 94
그림 56 ADAS용 센서업체의 밸류체인 96
그림 57 Freescale 97
그림 58 Systron Donner 97
그림 59 Analog Devices 98
그림 60 Sensata 98
그림 61 Denso 99
그림 62 Panasonic 99
그림 63 Tamagawa Seiki 99
그림 64 Hitachi Automovite 100
그림 65 Bosch 100
그림 66 Schneider Electric 101
그림 67 Mobileye 101
그림 68 이미지 센서 104
그림 69 Interline transfer 방식 105
그림 70 Interline형 CCD의 구조 105
그림 71 Frame transfer 방식 106
그림 72 CMOS형 1-Tr구조 108
그림 73 CMOS형 3-Tr 구조 109
그림 74 CMOS형 4-Tr 구조 110
그림 75 핸드폰 카메라 113
그림 76 도어폰과 방범카메라 113
그림 77 후방 감시 카메라 114
그림 78 캡슐형 내시경 114
그림 79 웸캠 115
그림 80 홍채 인식 카메라 116
그림 81 CMOS 이미지센서 시장 전망 [출처: CI Insights] 117
그림 82 어플리케이션 별 이미지센서 예상 출하량 추이 (단위 : 천개) 118
그림 48. 글로벌 스마트 TV 출하량 전망 (단위: 백만대) 120
그림 84 차량용 카메라 시장 전망 122
그림 85 차량용 CMOS 시장 전망 122
그림 86 모바일 시장에서의 이미지센서 기술 124
그림 87 기존 MEMS와 CMOS센서의 결합 125
그림 88 MEMS 가속소 센서를 구비한 CMOS 이미지 센서 126
그림 89 소니의 IMX324 128
그림 90 소니 IMX324의 성능 129
그림 91 기술방식에 따른 가스센서의 분류 134
그림 92 가스센서 활용분야 136
그림 93 세계 가스센서 시장 규모 및 전망 137
그림 94 기술 구분에 따른 가스센서 시장규모 138
그림 95 주요지역에 따른 가스센서 시장규모 139
그림 96 오토닉스 141
그림 97 센텍 코리아 143
그림 98 센코 143
그림 99 유민에쓰티 143
그림 100 신우전자 144
그림 101 세주엔지니어링 144
그림 102 이엘티센서 145
그림 103 와이즈 산전 145
그림 104 알앤에스랩 145
그림 105 스마트홈 146
그림 106 백금 온도 센서 147
그림 107 Emerson Electric company 148
그림 108 Honeywell 148
그림 109 Figaro Engineering Inc. 149
그림 110 NEMOTO 149
그림 111 Riken keiki 150
그림 112 FIS 150
그림 113 City Technology 151
그림 114 alphasense 151
그림 115 E2V 152
그림 116 Dynament 152
그림 117 Membrapor 152
그림 118 Pd를 첨가한 CNT 가스 센서의 H2 감응 특성 154
그림 119 CO2 측정용 MEMS-가스 센서 156
그림 120 SnO2 후막을 이용한 전도성 가스 센서의 구조 및 동작 원리 157
그림 121 저전력 MOSFET형 가스 센서 구조 및 모양 158
그림 122 압력센서 163
그림 123 압력센서의 시장 172
그림 124 압력 범위에 따른 압력센서 구조 175
그림 125 압저항형 MEMS 압력센서 176
그림 126 정전용량형 MEMS 압력센서 177
그림 127 압력센서 종류별 압력감지 범위 분포 177
그림 128 벌크 가공형 MEMS 압력센서 제작방식 178
그림 129 표면가공형 MEMS 압력센서 제작방식 179
그림 130 보쉬 180
그림 131 Bosch 이종접합형 MEMS 압력센서 180
그림 132 GE Sensing 181
그림 133 GE Sensing 의료용 압력센서 181
그림 134 ST Microelectronics 182
그림 135 ST microelectronics 압력센서 내부 구조 183
그림 136 ST microelectronics 압력센서 제작방식 184
그림 137 ETRI 표면가공형 압력센서 제작방식 185
그림 138 ETRI 표면가공형 압력센서 186
그림 139 적외선의 범위 187
그림 140 적외선 센서 재료의 작동온도 및 감지도 특성 192
그림 141 볼로미터 구조 193
그림 142 볼로미터 기본구조와 동작 194
그림 143. (a) 단일층 마이크로볼로미터 구조 (b) 2층 구조(Umbrella 형) 195
그림 144. 2가지 형태의 공진구조를 가진 볼로미터 설계 197
그림 145. 벌크 마이크로머시닝을 이용한 볼로미터 공정 198
그림 146. 3D 볼로미터 집적 공정 199
그림 147. BaTiO결정구조 200
그림 148. 자발분극 200
그림 149 강유전체 온도변화 식 201
그림 150. 초전형 적외선 센서 구조와 동작원리 201
그림 151. 초전형 적외선 센서 내부 구조와 외관 202
그림 152. 초전형 적외선 센서의 동작모드 203
그림 153. 전압감도와 전류감도의 초핑 주파수 의존성 203
그림 154.. HgCdTe n/p 다이오드에서 IR 입사강도에 따른 암전류 증가 206
그림 155. 양자우물형 적외선 센서의 동작 원리 207
그림 156. 온도에 따른 복사에너지 분포 208
그림 157. 10㎛ 핀 홀을 통과한 여러 중적외선 광원에 대한 광세기 비교 210
그림 158. 파장에 따른 각종 검출기의 detectivity 211
그림 159. 개인화기 적용 예 및 Array size와 인식 거리관계 그래프 213
그림 160. 영상기 214
그림 161. 탐측기 216
그림 162. OMI 센서의 내부구조 및 Optical bench DM 218
그림 163. AMSR-E 라디오미터 220
그림 164. QuikSCAT 스케로미터 221
그림 165. BMW 차량에 장착된 나이트 비전 시스템 사례 222
그림 166. 차량 전면부에 장착 사진 및 장착된 QVGA급 마이크로볼로미터 센서 223
그림 167. DITI를 이용하여 촬영한 영상 224
그림 168. 모바일에 적용한 FLIR의 FLIR ONE 제품 및 적외선 영상 225
그림 169. 초소형 적외선 영상 센서, WLP 모듈, 칼코지나이드 몰딩 렌즈 226
그림 170. Hand held 적외선 카메라 및 적외선 영상 227
그림 171. 초전형 적외선 센서 229
그림 172. 적외선 센서 시장 전망 231
그림 173. 중적외선 센서시장의 전망 234
그림 174. 기업들의 market share 235
그림 175. 스마트폰에 내장형으로 만들어진 적외선 센서 239
그림 176. 적외선 탐지 카메라 산업의 시장규모 변화 240
그림 177. 보안 분야 적외선 이미지센서 시장규모 전망 241
그림 178. 검출기 실시간 불균일 보정 사례(원적외선, 주사방식 영상) 244
그림 179. 적외선 탐색 및 추적 센서, 신호처리부 및 획득된 전방위 영상 245
그림 180. 중적외선 광원의 기술 및 파장 영역에 따른 분류 246
그림 181. 파장 가변 QCL의 구조 및 파장 가변 특성 249
그림 182. 픽셀피치 감소추세 252
그림 183 온도센서의 종류 254
그림 184 재료별 온도에 따른 저항변화 256
그림 185 RTD의 기본구조 257
그림 186 (b) 유리를 피복한 백금 RTD, (c) 세라믹 봉입 백금 RTD 257
그림 187 박막형 RTD 센서 258
그림 188 박막형 RTD 센서 제품 예시 259
그림 189. 서미스터의 저항 ? 온도특성 264
그림 190 비드형 NTC 266
그림 191 칩형 NTC 267
그림 192 디스크형 NTC 267
그림 193 표면 실장형 NTC 268
그림 194 대표적인 서미스터의 특성 예 270
그림 195 PTC 서미스터의 기능 및 역할 271
그림 196 BaTiO3 PTC 서미스터의 첨가제 및 역할 272
그림 197 PTC 서미스터의 종류 272
그림 198 PTC 서미스터의 리튬이차전지 과전류 보호 274
그림 199. 적층 PTC 서미스터의 제조공정 275
그림 200. 제벡효과의 원리 277
그림 201. 열전대 제품 예시 278
그림 202. 열전대의 구조 및 계측 방법 278
그림 203. IC 온도센서의 제품 예 282
그림 204. 배기후처리 장치 및 온도센서 위치 283
그림 205. DOC 및 DPF 개념도 284
그림 206. SCR 개념도 285
그림 207. 온도 센서의 세계시장 규모 예측 297
그림 208 온도계 패치 298