dlp 집중탐구

dlp집중탐구 | 프로젝터에 관련된..	2005.02.24 17:51
짱아(jhwoo20) http://cafe.naver.com/projectoruser/23
DLP 집중탐구 새로운 아이디어 DLP는 Digital Light Processing의 머리글자를 따온 약자로 빛을 디지털로 처리한다는 뜻입니다. 이 DLP가 한사람의 머리에 생각으로 떠오른 것은 1976년대였습니다. 그러나 이 아이디어를 이론으로 확립된 시점은 1977년이었습니다. 그러나 1977년 당시는 이 아이디어를 제품으로의 구현이 당시의 과학기술로써는 불가능한 일 이였습니다. 그때부터 소수의 연구원들이 모여서 이 이론을 연구를 시작하게 되었습니다. 그로부터 20년만에 그 아이디어를 현실로 구현하게 되었습니다. 이 아이디어가 1996년도에 반도체 형태로 시제품으로 개발되었는데 명칭이 DMD칩으로 불려지게 되었습니다. DMD의 발전 DMD 시제품이 선보이고 여러 기술적인 평가에서 찬사를 받으면서, 전세계 프로젝터 업계에서 맹렬한 관심을 받게 되었습니다. 많은 각기 업계의 관심을 받으며, 이 DMD칩이 많은 기술을 투입되면서 제품으로 출시 한 시기는 그로부터 3년후 1999년도에 DLP 프로젝터가 전세계에 첫선을 보이게 되었습니다.이 아이디어가 단순한 생각으로 출발하여 23년만에 일반인들에게 나타나게 된 것입니다. 이때부터 첫 생산된 이후 DLP 프로젝터는 2003년 7월 현재 핵심소자인의 DMD칩의 누적 생산대수가 200만대에 육박한다고 합니다. 지난 시제품 출시 당시 1999년 ~2001년간 이 3년 사이에만 100만대가량 생산하였고, 2002년~ 2003년 상반기 지금까지 100만대 가량 생산한 수치를 보면, 가히 매년 30퍼센트 이상의 폭발적인 성장을 거듭하고 있습니다. 지난 1월 미국에서 개최된 CES(Consumer Electronics Show)에서는 DMD칩 제조회사인 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)사는 내년까지 홈시어터 프로젝터 시장에서 70퍼센트의 점유율을 석권하겠다고 호언장담을 하였었습니다. 그러나 업계에서는 이를 두고 가히 허풍같지는 않은 말이라고 하였습니다. 업계에서는 지난해 2002년까지의 전세계 프로젝터 업계에서 거의 50퍼센트이상 프로젝터 시장을 잠식하는 주도권을 이룩한 성과였기 때문입니다. 이렇게 업계 전문가들은 불가능한 이야기가 아니라고 같은 보조를 취하면서도 이상한 것은 시장에는 독점은 경제법에 의해 제재를 받게 됩니다. 그리고 세계 유수의 전자회사가 각축을 벌이고 있는 이 업계에서 한 메이커가 70페센트를 독점한다는 것은 거의 완벽한 범법입니다. 그러나 문제는 업계조차도 이러한 독점에 대해서 아무도 반항하는 업체가 없다는 것입니다. 그만큼 DMD소자를 이용하는 이 DLP 프로젝터의 성능이 가히 상상을 초월하는 성능을 과시하였기 때문입니다. 그리해서 오늘 우리 소리샵은 이러한 DLP 프로젝터에 대하여 알아보기 위하여 이 DLP에 대한 집중 탐구를 준비하였습니다. DMD기술의 독점 DLP 프로젝터의 핵심소자인 이 DMD칩은 미국의 반도체회사인 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)사에 의해 창조되었습니다. 그리고 여기서 생산된 DMD칩은 엄정한 품질관리를 거치기 때문에 자사에서 모든 공급과 판매를 모두 일괄적으로 처리하고 있습니다. DLP 프로젝터의 제조회사는 전 세계의 유수업체들이지만 그 원천이 되는 DMD 핵심 부품은 오직 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)사에서만 생산할 수 있기 때문입니다. 이렇게 DLP 프로젝터 제조사들은 이 핵심 칩을 미국의 텍사스 인스트루먼트사에서 직접 납품받기 때문에 , 만일 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)사가 파업을 하게 되면, 전세계 DLP프로젝터 제조회사들은 DMD칩 재고가 떨어지는대로 생산중단에 휘말릴 수밖에 없습니다. 이만큼 DLP 프로젝터에서 핵심을 이루는 것은 바로 DMD소자입니다. DMD소자 이해 이 DMD(Digital Micro-mirror Dvice)의 정확한 명칭은 전자 미세거울 장치라고 명명되며, 이 자그만 칩에서 영상을 만들어집니다. 그리고 이 칩에서 만들어진 영상을 강력한 램프에 투사시켜 스크린에다 큰 화면이 만들어지게 되는데, 이것이 DLP 프로젝터의 원리입니다. 이 DMD칩은 크기가 1인치 내외의 크기의 반도체입니다만, 이 반도체 속에는 최소 48만개에서 많게는 190만개에 이르는 극도로 세밀하게 작은 크기로 제작된 마이크로 미러가 설치되어 있습니다. 이 마이크로 미러는 1미러당 하나의 픽셀 구조를 담당하며 LCD와 플라즈마 디스플레이와 같은 고정 화소 방식이라고 할 수 있습니다. 영상 구현 원리 DLP가 영상으로 구현되는 방식을 위에서 간단하게 서술하였습니다만, 이 부분에서 DLP구동방식을 자세하게 설명을 해보겠습니다. 먼저 DVD플레이어에서 출력된 영상신호가 컴포넌트 단자를 통해서 DLP프로젝터로 입력되면, 신호처리과정으로 넘어갑니다. 입력신호가 아나로그이면 디지털 방식으로 변환되는 과정을 거치게 되는데, 그러나 DVI나 또는 SDI로 입력된 신호라면 디지털 처리를 거치지 않고 바로 바이-패스하게 되는데, 왜냐면 DVI와 SDI는 100퍼센트 디지털 신호이기 때문입니다. 그래서 즉 DLP 프로젝터는 100퍼센트 디지털화면을 구현하는 방식입니다. 어찌했든 DVI나 SDI같은 디지털 신호가 입력되거나 아나로그 신호가 디지털 처리된 영상신호는 비디오 프로세서로 들어가게 되는데, 여기서는 영상신호를 다듬어주는 역할을 하게 됩니다. 그리고 이렇게 프로세서를 거쳐 다듬은 디지털 신호는 내부 스케일러로 보내어져서 DMD패널 해상도에 맞게끔 영상을 스케일링하게 됩니다. 그리고 나서 스케일링된 영상신호는 DLP프로세서로 보내어져 DMD 칩이 처리할 수 있는 신호로 다시 한번 인코딩을 거쳐 메모리에 저장되게 됩니다. 동종의 DMD칩의 경우 화질의 차이는 대부분 이 신호처리과정에서 발생하기 때문에 메이커의 역량에 상당한 부분이 있습니다. 그래서 이런 종합적인 영상처리 과정은 플레이어에서 보내온 영상신호와 동일한 시간처리가 되어야 합니다. 필요 이상의 영상처리로 동시녹음으로 발생하는 음성과의 시간차가 생기게 되면, 들리는 음향과 화면이 어긋나 화면이 부자연스러워 지게 됩니다. 예를 들면 무대에서 가수들이 마스터테이프 틀어놓고 노래하는 시늉만 내던 립 싱크 현상이라고 하면 이해하기 쉽습니다. 그리하여 이 프로세서 전과정은 굉장한 속도로 처리되어야 하기 때문에 이런 프로세싱 기술은 펜티엄4의 CPU와 대등한 수준이라고 합니다. 이런 종합적인 프로세싱 과정을 통과한 영상신호는 메모리 칩으로부터 매초 50,000~60,000회의 속도로 DMD로 보내어집니다. DMD에 입력된 이 최종 프로세싱 된 영상신호는 DMD 칩속에 있는 마이크로 거울을 조정하게 됩니다. 이런 과정을 보아서 DMD칩은 빛을 조절하는 스위치라고 보면 됩니다. DLP 프로세서가 DMD칩의 마이크로 거울에 전압을 걸어 켜고 끄고 동작을 하면서 칩 윗 면에는 흑백의 동 영상이 만들어집니다. 이 동영상에 램프를 이용한 빛을 반사시켜서 흑백영상을 컬러 휠(Color wheel)로 보냄으로써 반사의 과정을 거치게 됩니다. DMD칩속의 마이크로 거울의 움직이는 속도는 10μS(1/100만분의 단위) 초고속 운동입니다. DMD칩은 이렇게 짧은 시간내에 켜고 끄는 동작을 반복하면서 흑백영상을 재현하게 됩니다. 흑백의 표현은 일정시간 동안 켜있는 상태를 유지하면 100퍼센트의 흑색을 만들어 내게 되는데, 보통 100분의 1초면 100퍼센트의 완벽한 흑색이나 백색을 재현할 수가 있습니다. 이렇게 우리가 느끼지도 못하는 미세한 시간을 가지고 분할해가면서 DMD칩의 마이크로 거울들이 모여서 흑백영상의 계조를 만들어 냅니다. 대부분의 지금 출시되고 있는 DLP 프로젝터는 10비트로 영상을 처리하는데, 이 10비트로 처리된 영상의 계조는 약 1024단계의 단계별 흑백 계조를 재현해 낼 수 있습니다. 지금은 12비트 방식의 프로세서의 개발로 약 1500단계의 흑백 계조 표현력을 기존보다 50퍼센트 가량 높일 수 있습니다. 이러한 고속 처리되는 고성능의 프로세서 개발로 인해 더욱 정확하고 세밀한 표현력을 얻게 되었습니다. Color Wheel 초기의 단판식 DMD칩으로 구현되는 모든 영상화면은 흑백화면으로 재생됩니다. 그러나 이 흑백영상을 컬러 휠을 사용하지 않고 프로젝터의 강력램프에 투사하게 되면 커다란 대형 흑백 영화가 됩니다. 그래서 이 흑백화면을 컬러화면으로 바꾸기 위해서 Color wheel을 사용하게 되는데, 그러나 요즘 고급품으로 나오는 DLP프로젝터에서는 R.G.B를 각각 DMD칩으로 패널별로 세분화 시켜 기존의 LCD형의 액정 프로젝터처럼 반사시킨 빛을 집산 시켜주는 프리즘이 대신 처리하기도 하지만. 그러나 아직은 대부분의 DMD칩은 단판식으로 사용합니다. <컬러 휠을 사용한 단판식 DLP 프로젝터 방식> 그래서 이 컬러 휠을 사용하는데 Color wheel을 사용하여서 자연색 컬러영상을 만듭니다. Color wheel은 얇은 투명 원판에, 빨강 파랑 녹색을 색을 입혀놓은 것으로써, 휠을 빠른 속도로 회전시켜 가면서 흑백영상을 컬러휠을 통과시킴으로써 컬러화면이 되게 하는 장치입니다. 이 Color wheel로 만들어진 컬러화면은 고 밀도 렌즈로 보내어져 프로젝터의 강력한 램프에 의해 스크린에 투사됨으로써 DLP프로젝터의 대화면이 완성되어집니다. 해상도 DLP는 고정화소 방식이기 때문에 프로세서에서 어떤 해상도가 입력되더라도 DMD칩에서만 지원하는 해상도로만 표현 가능합니다. 이점에서는 다른 종류의 프로젝터와 같은 방식입니다. 예를 들어 XGA급의 해상도를 보여주는 DMD칩이 U-XGA급이나 HD급(1,920*1,080) 신호를 받게 되면 DLP 시그널 프로세서 과정을 거치게 되면서 원신호가 XGA급으로 압축하게 되는 겁니다. 그러나 HD급(1920*1020)영상의 광대한 정보량을 압축해서 재현해 내는 XGA급 패널 영상은 수준 높은 영상처리과정을 거치면서 DLP프로젝터에서 보여주는 XGA 영상도 HD영상에 준하는 고화질을 재현해 냅니다. 이리하여 고정 화소 방식의 프로젝터는 패널 해상도도 중요하지만 영상을 처리하는 기술인 시그널 프로세서의 기능을 결코 좌시할 수 없습니다. HD급의 고화질 영상을 즐길 수 있으려면 DLP 프로젝터에 사용된 DMD 칩이 와이드 패널이 기본적으로 되어야 하며 해상도 역시 XGA급은 되면서 수준 높은 시그널 프로세서 회로가 있어야 합니다. DMD칩의 종류 윗글에서 말씀 드린 바와 같이 DMD는 텍사스 인스트루먼트사(Texas Instrument)에서만 생산 공급을 독점하기 때문에 현재까지 개발한 DMD칩은 모두 14가지 종류가 있습니다. 아래의 표를 살펴봄으로써 텍사스 인트루먼트사(Texas Instrument)에서 개발된 모든 DMD칩의 라인업에 대해 지원 해상도와 크기 개발시기를 알 수 있습니다. 종 류 해상도 픽셀 피치 미세거울 각도 개발시기 0.7" S-VGA 800*600 17μm ±10도 1996년 0.9" XGA 1024*768 17μm ±10도 1998년 1.1" S-XGA 1280*1024 17μm ±10도 1999년 0.7" XGA 1024*768 13.8μm ±10도 2000년 HD1(720P/rear) 1280*720 13.8μm ±10도 2000년 HD1(720P) 1280*720 13.8μm ±10도 2001년 0.7" SVGA 848*480 17μm ±10도 2001년 0.9" S-XGA 1280*1024 13.8μm ±10도 2001년 0.7"XGA (DDR Component) 1024*768 13.68μm ±12도 2001년 0.55" SVGA (DDR Component) 800*600 13.68μm ±12도 2001년 HD2(720P) (DDR Component) 1280*1024 13.68μm ±12도 2002년 S-XGA (DDR Component) 1280*720 13.68μm ±12도 2002년 리얼 HD 패널 1920*1080 13.68μm ±12도 200?년 DLP의 홈시어터로 변환 상기의 표와 같이 1996년에서 2000년 사이에는 기술의 한계에 부딪혀 4:3의 일반 패널만 개발되었습니다. 그러나 2000년 중반기에 720P화면을 재생할 수 있게끔 홈시어터 전용 칩으로 HD급으로 개발되었습니다. 이 DMD칩 이름을 HD1이라고 명명하였는데 홈시어터용 프로젝터용으로 개발된 최초의 업적입니다. 이 칩이 개발되면서 일본전자회사인 샤프사에서 발 빠르게 이 칩을 도입하여 전세계에서 가장 먼저 홈시어터 전용 프로젝터를 상품화를 하였습니다. 당시 기존의 많은 DLP 프로젝터사들이 4:3화면의 DMD칩으로 와이드 화면을 재생시에는 패널속의 고정 화소를 낭비하면서 상하로 검은 띠를 만들어 가며 와이드 화면을 재생하였습니다만, 그렇게 함으로써 해상도나 콘스트라스트 비가 현저하게 떨어지는 영상으로 와이드 화면을 재생할 수밖에 없었습니다. 그러나 샤프에서 개발한 홈시어터 전용 DLP 프로젝터는 가히 압도적으로 자연스러운 HD급 와이드 영상을 보여주었습니다. 이렇게 아나몰픽으로 와이드 영상을 보여주는 자연스러운 영상에 많은 소비자들이 놀랍도록 높은 명암비와 DLP만의 자연스러운 화면비에 찬사를 보냈습니다. 그리고 이듬해 HD1 업 버젼 제품인 HD2칩이 개발되면서 미러 각 ±12도의 각도로 조절되는데, 이 제품은 명암비가 최고 2500:1라는 놀라운 수치를 이룩하는 기술적인 성과를 이루었으며, 현재 많은 DLP 프로젝터 회사들이 HD2 칩셋을 투입하여 제품 출시에 열의를 다하고 있습니다. DDR Component set DDR Component set는 DMD칩과 이를 영상으로 처리하는 시그널 프로세서와 제품 개발의 집적도 일체를 통합한 일체형 세트라고 보시면 됩니다. 이러한 DDR Component set은 기존의 프로젝터 회사에서 DMD칩만을 수입해서 시그널 프로세서 과정, 독자적인 영상 튜닝 기술등 독자적인 고급 기술을 투입해서 제작해야 하는 기술적인 어려움을 극복한 방식입니다. 그래서 이 DDR Component set로 인해 프로젝터 메이커에서는 제품 개발이 과거보다 쉬워지면서 우수한 제품을 만들 수 있는 한 방편이 되었습니다. 그리고 이 DDR Component set는 DLP 프로세서의 속도가 기존에 비해 50퍼센트 가량 처리속도가 빨라져 몇몇 DMD칩에서 보이던 부자연스러운 화면을 일소한 평가를 받기도 하였습니다. 그리고 이 DDR Component set의 가장 큰 특징 중에 하나는 기존의 모든 DMD칩은 반사각도가 10도인데 반해 "DDR Component set"에서는 이 반사각도를 12도로 증가시키면서 개발한 칩입니다. 비록 2도차이라고 하지만 이 반사각 증가로 인한 성능의 변화는 아주 큽니다. 예를 들어 HD1제품과 12도의 반사각을 가진 HD2 DMD칩의 차이는 휘도가 20퍼센트 개선되고, 명암비가 50퍼센트 이상 증가하였습니다. DLP만의 장점 보다 밝고 선명한 영상을 얻을 수 있는 DLP 프로젝터는 다른 종류의 프로젝터에 비해 30퍼센트 이상으로 명암비가 높고 밝기 또한 1000~15,000안시루멘까지 밝아서 동일한 고정화소방식인 LCD 프로젝터에서 표현하지 못하는 미세한 색상까지도 충분하게 표현할 수 있습니다. 그리고 뛰어난 색 재현성을 들수 있는데 DLP는 100% 디지털 방식에 으해 구현되는 영상이므로 맑고 섬세한 원색 재현능력으로 LCD 프로젝터보다 색상이 좋을 뿐만 아니라 색상이 부드러워 장시간 시청에도 눈의 피로감이 없습니다. 특히 색상의 조정에 있어서도 다른 방식의 프로젝터보다 쉬운 장점도 보입니다. DLP 프로젝터는 D/S변환이 필요가 없으므로 노이즈가 전혀 없으며 LCD나 PDP에 비해 동작속도가 빨라 동 영상 등의 빠른 영상의 재생시에도 깨끗하고 부드러우면서도 상당히 자연스러운 영상을 보여줍니다. 또한 완벽한 디지털 신호 처리과정으로 이루어지므로 LCD 프로젝터에서와 같은 신호 보정없이 디지털 신호를 원본영상을 그대로 재현해냅니다. 디지털 DMD칩은 경량이고 소형이기 때문에 기존의 CRT 프로젝터에 비해 작은 크기와 경량화가 가능하며, 완전한 실리콘 디바이스이기 때문에 매일 6시간 정도 사용한다고 하여도 20년 이상의 수명이 보장되는 기존의 TV보다 높은 수명 안정도를 가지고 있습니다. DLP 미래 텍사스 인스트루먼트사는 과거의 HD급 영상을 시그널 프로세서에서 거치는 압축을 하지 않고 구현할 수 있는 HD(1920*1080)화면을 지원하는 HD전용 칩을 이미 개발을 완료하였습니다. 그러나 현재 프로토 타입이기 때문에 칩이 본격적인 양산은 2003년 후반기나 가능할 것 같습니다. 그러나 모든 신 개발품은 개발초기의 생산 비용이 높아 신제품으로 발매된 HD(1920*1080)영상 전용 DLP 프로젝터는 소비자들에게 현실감이 높은 가격에서 책정될 것입니다. 그러나 DLP는 기존의 CRT 프로젝터에서의 부피와 크기에서 CRT 프로젝터의 대안하는 새로운 영상매체라는 높은 평가를 받아 이미 CRT프로젝터 시장을 잠식하면서 CRT대한 우세로 시장을 앞서기 시작했고, LCD 프로젝터에서 대비하여서는 LCD패널보다 높은 수명과 높은 명암비 개선에 아주 높은 평가 받으면서 LCD 프로젝터 시장을 대체하고 있습니다. 미래에는 모든 프로젝터 시장에는 아마 이 DLP가 최고의 위치로 군림하는 방향으로 나아갈 것으로 업계는 전망하고 있습니다.