Transcript DLP 프로젝터의 작동원리

8 유통 주력 브랜드별 모델수
밝 기(이상)
브랜드
HP
미쯔비시
옵토마
방
식
DLP
해상도
SVGA
XGA
LCD
XGA
1
1
XGA
2
LCD
XGA
파라소닉
LCD
XGA
NEC
LCD
XGA
합계
2
1
XGA
3M
1500
SGVA
DLP
31
업무용
800
XGA
DLP
DLP
홈장비
2000
2500
3000
2
1
1
2
2
1
1
1
1
1
3500
4000
5000
6000
1
2
1
1
1
1
1
1
1
6
4
6
6
4
1
1
2
1
1
10 프로젝터 스크린 샷
홈시어터 모델
CineShow H27
HD방송(논스톱)
DVD(연인)
10 프로젝터 시장 기사자료 - 1
경기 불황에도 국내 프로젝터 시장이 쑥쑥 커가고 있다.
특히 DLP(Digtal Light Processing) 방식 프로젝터가 LCD 방식을 빠르게 뒤쫓아 올해 상반기에 처음으로 전체 시장의 40%
를 넘어선 것으로 집계됐다. 업계에서는 이 같은 추세라면 내년 경에는 DLP와 LCD의 판매 비중이 5대5 정도로 엇비슷해 질
것으로 내다보고 있다. 업체 별로는 DLP 방식의 선두업체인 HP가 처음으로 올 상반기 ‘빅5’에 들어 눈길을 끌었다.
시장 조사기관인 DTC와 주요 프로젝터 업계에 따르면 지난 상반기 국내 프로젝터 시장은 전년 같은 기간에 비해 10% 정도
성장한 4만3000대로 집계됐다. 하반기에도 전년 대비 15% 성장한 5만 2000여 대로 예측해 올 한 해 사상 처음으로 10만 대
에 육박할 것으로 나타났다. 지난해 국내 프로젝터 시장은 DLP와 LCD를 모두 합쳐 8만4000대 수준이었다.
판매 대수로는 올 상반기 산요·NEC·소니·엡손 순으로 일본계 업체가 여전히 시장을 독주했다. 산요가 시장 점유율 12%
로 근소한 차이로 1위를 기록했다. 2∼6위 까지는 사실상 점유율 차이가 5% 안팎이어서 상반기에 이어 앞으로도 치열한 시
장 경쟁이 불가피할 것으로 보인다. HP는 국내 시장 진입 4년 만에 처음으로 ‘빅5’ 진입한 것으로 조사됐다.
불과 몇 년 전까지 10% 미만이었던 DLP 프로젝터가 급속하게 시장을 넓혀가고 있다. 올 상반기 DLP 프로젝터 시장은 1만
7000대 규모로 전체 시장의 40% 선까지 성장했다. 업체 별로는 HP가 상반기 18.2%의 점유율로 DLP 프로젝터 시장 수위를
차지했으며 이어 옵토마·샤프의 순이다. 4∼6위 그룹에는 미쓰비시·도시바·벤큐가 한 자릿수 시장 점유율로 경쟁하고
있다.
DTC 측은 “하반기 국내 프로젝터 시장도 5만 대 이상을 형성할 것이며 내년에도 10∼15% 정도 성장하고 DLP 비중이 더욱
높아져 LCD와 비슷해질 것”으로 분석했다. 지난해 국내 프로젝터 시장은 8만4000대 수준으로, 이 중 DLP 비중은 31% 선이
었으며, DLP 진영에서는 HP·샤프가 1, 2위를 다투는 데 이어 NEC·옵토마가 상위권을 넘보는 등 ‘빅 4’가 분기별로 경
쟁을 벌여왔다.
한국HP 측은 “DLP 프로젝터가 기술과 품질이 앞섰음에도 가격이 다소 부담이었다” 며 “올해 가격 경쟁력을 갖춘 제품이
속속 출시되면서 시장 확대를 견인했다”고 강조했다.
강병준기자@전자신문, bjkang@
10 프로젝터 시장 기사자료 - 2
디스플레이에 비해 가격 대비 대화면 장점
홈시어터용 프로젝터의 가장 큰 장점은 다른 디스플레이에 비해 동일 가격대에서 9배 이상의 대화면을 구현할 수 있어 그야
말로 ‘안방극장’연출이 가능하다는 점이다.화질에 있어서도 프로젝션TV보다 우수하며 PDP TV와는 큰 차이가 나지않는다는
것.
또한 과거 5kg이 넘던 LCD 프로젝터의 무게가 최근에는 2∼3kg으로 가벼워지고 1kg 미만의 컴팩트한 제품이 나오고 있는
데 비해 브라운관 TV, 프로젝션TV, PDP TV 등은 화면의 인치수가 늘어날수록 부피가 크고 무겁다는 점이 소비자가 프로젝
터를 선호하게 만드는 주요 원인으로 작용하고 있다.
이러한 소비 트렌드에 맞춰, 누구나 쉽게 쓸 수 있고 상대적으로 매우 저렴하면서도 뛰어난 성능으로 가정에서 뿐만 아니라,
학교, 사무실 등에서도 사용이 가능한 홈 프로젝터의 수요는 지속될 것으로 보인다.
/ [email protected] 김태경기자
DLP프로젝터란?
DLP 방식 프로젝터는 미국 Texas Instrument 사가 개발한 DMD칩(Digital Micromirror Device)을 사용한 완전히 새로운
투영방식의 프로젝터이다.
DMD란 간단히 말해서 미세구동거울을 집적한 반도체 광스위치이다. SRAM(Static Random Access Memory)의 1셀마다
의 위에 형성된 16 ㎛크기의 각 알루미늄합금 미세거울은 온/오프상태마다 ±10˚의 경사를 갖는다.
바로밑에 배치되어 있는 메모리의 정전계작용에 의해 지주에 설치된 미세거울이 작동한다.
이 미세거울에 의하여 투사된 빛이 반사되어 나가거나 반사되지 않거나 하는 시간을 조절하여 시간누적치에 해당하는 밝
기만큼을 사람이 보게 되므로써 화면의 각 Pixel 당 밝음/어두움을 표현할 수가 있다.
역시 단판식과 3판식의 두 종류가 있으며, 단판식의 경우에는 광원과 미세거울 사이에 R, G, B 필터가 장착된 원판이 있
어서 R, G, B 각각이 비치는 타이밍에 소자는 R, G, B 각각에 해당하는 이미지를 처리해 주므로써 3색 광원의 효과를 낸
다.
단판식은 이렇게 시간축상에서 R, G, B 가 각각 시간을 나누어 사용해서 광효율이 떨어진다.
3판식은 역시 하나의 광원으로부터 R, G, B 각각의 빛을 분리하여 3색을 담당하는 소자에 각각 빛을 제공하는 방식을 취
하므로 광효율이 뛰어나다.
각 미러의 스위칭 속도는 매초 50만회 이상이고, 팁에 입사한 빛은 디지털로 제어된다.
따라서 종래의 아날로그 방식인 LCD처럼 영상처리된 디지털신호를 D/A변환기를 거치고 Gamma 신호등을 변환하는 과
정이 불필요해 진다.
< DLP 프로젝터의 작동원리 >
DLP 프로젝션 시스템의 핵심은 Digital Micromirror Device 혹은 DMD칩이라고 알려진
광학 반도체에 있다.
-이는 1987년 Texas Instruments의 Larry Hornbeck박사에 의해 발명되었다.
이 DMD칩은 세계에서 가장 복잡한 광학 스위치로서 백 삼십 만개까지의 반사경의 사각
배열로 이루어져 있으며, 각각의 마이크로미러는 인간의 머리카락 너비의 1/5보다도 작
은 것도 표현해 낼 수 있으며, 투사된 이미지에 하나의 픽셀로 보여준다.
← 좌측의 사진은 전자현미경으로 확대한 DMD소자와 개미다리 크기와의 비교
사진으로 각 사각형의 크기는 16마이크로 미터(백만분의 1mm)이며 사각형 사
이의 간격은 1마이크로 미터이다.
각 사각형은 미세한 크기의 거울이며 DMD 칩이 디지털 비디오나 그래픽 신호
및 광원, 프로젝션 렌즈와 조합 되었을 때, 반사경은 모든 디지털 이미지를 스
크린이나 다른 표면에 반사시켜 주는 원리로 영상을 완전한 디지털 방식으로
표현해 주게 된다.
DMD와 이것을 둘러싸고 있는 영상처리 방식을 Digital Light Processing
(DLP)Technology라고 부른다.
Digital Light Processing I : 흑백 이미지
DMD 패널의 마이크로미러는 DLP 프로젝션 시스템 내에서 광원 쪽으로 기울거나 프
로젝션 표면에 빛이나 어두운 픽셀을 만드는 쪽에서 멀어지게 할 수 있도록 작은 구동
부위에 올려져 있는 구조로 이루어져 있다.
•Digital Light Processing I : 흑백 이미지
위의 사진은 DMD 소자의 마이크로 미러와 마이크로 미러를 제거한 사
진으로 DMD소자의 구조를 보여주고 있는 사진이다. 이 확대 사진을 측
면에서 보면 아래 그림과 같은 구조로 되어 있다.
→ 우측의 그림과 같이DMD를 구성하는
각각의 화소는 반사경, 구동부, 회로부 3
개의 장치로 구성되어 있다.
반사경은 구동부의 Yoke 부분과 연결되어
있으며 Yoke가 양쪽으로 +10도 -10도 움
직이면서 이와 연결된 거울이 동시에 기울
어 지게 된다.
구동부 의 Yoke부분은 반도체를 통하여
회로부로 전송된 0과 1의 조합인 디지털
비트스트림 이미지 코드를 통하여 초당 수
천번까지 각각의 반사경들의 스위치가 켜
지고 꺼지도록 한다
← 좌측의 그림은 DMD반사경의 움직임
과 광원 역할을 하는 프로젝터 램프간의
작동원리를 표시해 준 그림으로 세개의
거울에 빛이 투사되고 있다.
이중 바깥쪽 두개의 거울에 투사된 빛은
프로젝션 렌즈를 통하여 화면으로 표시되
어 흰색의 픽셀로 표시되게되며 디지털
신호로는1의 신호값을 표시해 주고 있는
것이다.
이와 반대로 중앙의 거울은 프로젝션 렌
즈가 아닌 Light Absober 부분으로 광원
을 반사하여 화면에서는 검은 픽셀로 나
타나게 되며 디지털 신호로는 0의 신호값
을 표시하게 된다.
↑ 위와 같이 흑백화면을 표현하는 경우에 Black 과 Wtite 이외에도 Gray Tone의 색감이 표현되어야 하는데 DMD에
서는 이러한 색감표현을 1초당 수천회에 이르는 0과 1의 카드섹션 형태로 표시한다.
예를 들어 DMD 반사경이 1000회의 작동을 단위 시간동안 했을 때 0 (■)이 나오는 비율과 1(□)이 나오는 미세한 비
율을 각각의 반사경에서 제어 가능 하도록 하게 되면 각 화소의 색톤을 아주 조밀하게 제어 할 수가 있게 된다.
(DMD 미러의 작동속도는 초당 50만회 이상이다.)
사람의 눈에서는 착시 현상의 원리로 이러한 비율이 Black과 White의 명암 표현으로 느껴지게 되며 이러한 원리로
Grayscle(흑백)의 화면을 순수한 디지털 방식으로 출력할 수가 있게 된다.
DLP기술이 순수한 디지털 기술이라는 것은 위의 예를 보더라도 충분히 이해가 될 것이다. 따라서 반사경의 스위치
가 Off상태보다 더 자주 On상태가 되면 Light gray pixel을 반사하며, Off상태가 더 자주되면 Darker gray pixel을 반
사한다. 이런 방식으로 DLP 프로젝션 시스템의 반사경들은 DMD에 들어온 비디오나 그래픽 신호를 1,024가지의 회
색빛으로 반사해 아주 세밀한 그레이 스케일 이미지로 바꿀 수 있다.
• Digital Light Processing II : Adding Color
DMD 패널의 마이크로미러는 DLP 프로젝션 시스템 내에서 광원 쪽으로 기울거나 프로젝션 표면에 빛이나 어두운 픽셀을 만
드는 쪽에서 멀어지게 할 수 있도록 작은 구동부위에 올려져 있는 구조로 이루어져 있다.
DLP프로젝션 시스템의 램프에 의해 발생한 흰 빛은 DMD패널의 표면을 여행하듯 컬러휠을 통과한다. 컬러휠은 DLP 프로젝
션 시스템의 DMD에서 만들어낼 수 있는 그레이 스케일의 화면을 레드, 그린, 블루 필터와의 색조합으로 1670만 컬러의 색상
으로 만들어 내게 된다.
현재 출시된 대부분의 DLP 프로젝터가 채용하고 있는 1 DMD 시스템의 DLP 방식에서는 Color Wheel이라는 RGB 색 필터를
통하여 각각의 색 신호를 출력하게 되며 각 필터의 색이 바뀔 때 마다 DMD소자의 마이크로 미러가 동시에 연동되어 움직이
는 방식으로 색 조합을 구성하게 된다.
예를 들어 보라색 화소를 표현하려면 R(빨강)필터를 통해 빛을 투사 시 반사경이 렌즈 투과상태(1)로 조정되어 빨강 화소
를 표현하고 G(녹색)필터에서는 반사경이 비 투과상태(0)로 조정되어 색상이 나오지 않게 되며 B(파랑)필터에서 빛이 투
과되어 이러한 동일한 과정이 일정 시간 동안 반복되어 파랑 색과 빨강색의 혼합색인 보라색을 표현하게 된다.
↑ 위의 그림에 따르면 하나의 화소가 DMD와 Filter의 작동조합에서 보라색을 표현하는 공식은
R*1+G*0+B*1+R*1 +G*0+B*1……이 되게 되며 이러한 원리를 응용하면 다양한 색 조합식을 만들 수가
있게 되어 다양한 색상을 만들어 주게 된다. 그러므로 DMD를 통한 색 표현은 순수하게 디지털 방식을 기
초로 하여 표시되는 것이라 할 수 있다.
신기술 : SCR Color Wheel (Sequential Color Recapture Color Wheel)
사각형은 DMD에 그려진 이미지 부분을 나타냅니다. 패턴은 3배~11배속 비디오 프레임으로 움직입니다. 데
이터는 curved segments로 만들어지며, 색상과 색상 사이는 흰색이나 다음 색상을 위한 "spokes"로 사용됩
니다
광원은 점 크기로 모아지고, 그 빛은 인테그래이터(통합기)를 통해
바로 SCR 컬러휠에 도달합니다.
컬러 필터를 통과한 빛은 RGB 컨포넌트로 나누어지게 되고, 컬러휠
을 통과하지 못한 빛은 다시 인테그래이터로 반사되어 SCR 컬러휠
로 돌아가게 됩니다.
SCR 시스템은 반사된 빛을 잃게되는 전통적인 필드 순차 방식에 비
해 40%이상의 루멘스(Lumens)를 높여줄 수 있습니다.
DLP 프로젝터의 특징
--- 선명도 --DLP 기술은 다른 어떤 디스플레이 솔루션 보다도 본래의 이미지에 더 가깝게 구현해 내며, 크리스탈처럼 깨끗한 디지
털 화면을 출력해 냅니다.DLP기술의 핵심인 Digital Micromirror Device를 구성하는 수천개의 반사경들은 1 마이크론
미만의 화소 간격으로 매우 높은 용적률을 보인다. 투사된 이미지에서 픽셀간의 간격을 최소화함으로써 DLP 프로젝션
시스템은 다른 기술에서 나타나는 스크린 도어 현상 없이 어떤 사이즈로도 고른 디지털 영상을 만들어 냅니다. 그럼 기
존의 대부분 프로젝터에서 사용되는 LCD방식과 비교 자료를 통하여 DLP방식의 장점을 설명 드리도록 하겠습니다.
DLP와 LCD방식의 화소를 현미경으로 확대해 보면 아래와 같습니다.
여기서 화소가 표현되는 부분은 화면의 직사각형 부분이고 나머지 부분은 화소와 화소간의 경계선이라고 생각하면 DMD 패널
의 화소 간격이 가장 조밀한 것을 알 수 있을 것입니다.
그럼. 이러한 화소 구조를 가지고 같은 화면을 투사 시 어떠한 차이점이 있는지 확인하여 보도록 하겠습니다.
좌측 화면은 1 LCD 방식으로 연결 시 나타나는 화면이다. 눈 부분을 확
대하여 보면 화소와 화소 사이의 경계면이 눈에 띄게 보이는 것을 확인
할 수 있을 것입니다.
이러한 증상은 상대적으로 고화질, 고휘도를 표현해 주는 고가의 3 LCD 방식에서
도 LCD 패널의 구조적 한계로 인하여 마찬가지로 나타나게 됩니다.
LCD방식의 화소 간격은 프로젝션 방식의 특성상 화면이 커질수록 확대되며 그만
큼 화소 간격이 넓어지게 되어 전체적인 화질이 떨어지게 됩니다. DMD의 화면을
보면 화소와 화소와의 경계면의 폭이 거의 보이지 않으며 색감이 충실하게 표현
된 것을 확인할 수 있습니다. DMD의 화소간격은 1마이크로 미터 미만으로 LCD
와는 비교할 수 없을 정도로 조밀하며 화소를 구성하는 각 마이크로 미러의 용적
률은 90%에 달하므로 90%의 효율로 빛을 반사시켜 각 화소를 표현하므로 빛을
투과하는 방식인 LCD방식보다 효율이 좋으므로DLP 방식에서는 원본 비디오 소
스의 색감이 충실하게 표현될 수가 있게 됩니다.
--- 밝기 --DLP 프로젝션 시스템은 다른 방식들보단 동일 밝기에서 더 밝은 빛은 투사해 주는데, 이는 반사경을
사용하여 빛을 좀더 효율적으로 사용하기 때문입니다. LCD방식에서는 광원 통과시에 일정량의 빛이
손실되는 반면 DLP 프로젝션 시스템에서는 미세한 반사경에 의해 램프에서 스크린으로 더 많은 빛을
효율적으로 가져오게 됩니다. LCD방식은 구조상 LCD후면에서 빛을 굴절시켜 투과하는 방식이므로
이에 따른 밝기손실이 필연적으로 발생되게 되나 DLP방식의 경우 이러한 과정이 없으므로 훨씬 나은
광 효율을 나타낼 수 있으며 Contrast Ratio(조도비)가 높으므로 동일한 밝기의 LCD프로젝터 보다 훨
씬 밝고 선명한 화면을 나타내게 됩니다.
--- 색상 --DLP기술은 아날로그 프로젝션 시스템의 색상에 비해 최대 8배까지의 다양한 색상을 만들어낼 수 있습
니다. 텔레비전과 홈씨어터 시스템의 경우 DLP프로젝션은 다른 기술에서 보여줄 수 있는 것보다 더
풍부한 블랙과 더 진한 농도를 표현해 주며. 영화관용DLP 씨네마 프로젝터는 디지털 색 조합 기술을
통해 필름으로 볼 수 있는 것보다 8배 이상, 35조 컬러 이상의 색감을 구현해 낼 수 있습니다.
최근에 개발된 DLP프로젝터는 경우SCR(Sequential Color Recapture) - DLP프로젝션 시스템이 이전
보다 40%이상의 밝기를 스크린에 가져올 수 있게 하는 새로운 기술 -기술을 도입함으로써 색상은 더
욱 선명해지고 있습니다.
--- 신뢰도 --DLP 기술이 프로젝터, 홈씨어터 시스템, 텔레비전 등에 적용되면 더욱 내구성이 좋고 신뢰성이 높게
만들 수 있습니다. DLP 프로젝션 시스템은 완전 밀폐형 구조의 광학 엔진을 사용하고 있어 LCD방식
과는 달리 시간이 지나면서 화질을 떨어뜨리게 하는 열이나 습기, 진동 등의 영향을 받지 않습니다.
DLP프로젝션 시스템은 최소의 유지/보수와 별다른 문제없이 오래도록 오리지날 디지털 화질을 보여
주는 장점이 있습니다. 1996년 이래로 50개이상의 제조사의 150대 이상의 시스템에 탑재됨으로써
DLP기술은 그 우수성을 입증하고 있습니다.
--- 다기능 (Versatility) ---
DLP 프로젝션 시스템은 엔터테인먼트, 비즈니스 등에 모두 뛰어난 비주얼을 표현해 줍니다.
DLP 기술은 비주얼이 중요시되는 곳엔 어디나 잘 맞습니다. DLP기술은 가정용 시스템에서 놀랄만한 비주
얼 을 선사하는 한편, DLP 씨네마 기술은 극장에서 뛰어난 화질을 보여줍니다. 여러분이 프레젠테이션을
하기 위해 사용하는 프로젝터는 거실에서 뛰어난 색감의 홈씨어터 용으로 사용할 수도 있습니다. DLP기술
을 사용한 텔레비전 및 홈씨어터 시스템의 디지털 화질은 하나의 기기로 텔레비전 프로그램, 인터넷, 게임
등을 즐기는데 최적의 화질를 제공할 것입니다.
--- 영상 반응속도와 관련된 차이점 --DLP방식의 핵심을 이루는 DMD는 LCD 방식에 비하여 입력된 디지털신호를 표현해주는 반응속도가 빠
르다는 장점이 있다.(DMD의 마이크로 미러는 1초당 50만회 이상의 속도로 작동된다.) 이는 비디오 재
생능력과 직결되는데. 각 화소의 반응속도가 LCD보다 훨씬 빠르므로 DLP방식에서는 보다 실감나며 생
동감있는 동영상을 표현할 수가 있다.
--- 무게, 크기와 관련된 차이점 --DLP는 LCD 프로젝터에 비해 소형화, 경량화가 가능하며 줄어든 크기에 비해 LCD 프로젝터와 동일한
성능을 발휘할수 있는 장점이 있다.
--- 내구성과 관련된 차이점 --DLP방식의 경우 DMD소자가 완벽한 실리콘 장치이고 밀폐된 작은 공간에서 광원처리를 함으로서 담
배연기 먼지등의 영향을 전혀 받지 않으므로 제품의 수명이 길다. (정상 상태에서 사용시 약 10만시간
정도) 그러나 LCD방식의 경우 영상출력 부분이 공기에 노출되어 있으므로 담배연기, 먼지 등에 민감
하다.
※ 액정(LCD)방식과 비교했을 때 DLP방식은 다음의 장점들을 가진다.
1) 완전한 디지털 방식이므로 색 재현성이 좋다.
2) Contras ratio(조도비)가 상당히 높다. 따라서 동일한 밝기의 LCD 프로젝터와 비교했을 때 훨씬 밝고 선명하게 보인다.
3) D/A 변환이 불필요하기 때문에, 출력측에서의 노이즈의 영향이 없어 화면상태가 매우 깨끗하고 디지털 제어를 하는 소자이기
때문에 부가적인 신호의 보정이 필요없이 디지털신호를 원화면 그대로 완벽하게 재현할 수 있다.
4) LCD 프로젝터에서는 결정의 각도에 따른 편광의 투과율을 조절하므로써 빛의 투과율을 변화시키므로 필연적으로 편광필터
등에 의해 발생하는 빛의 손실이 있으나, DLP소자의 경우에는 이러한 빛의 손실이 없기 때문에 보다 높은 광효율을 얻을 수 있
다.
5) 완전한 실리콘 디바이스(Device)이므로 내구성이 뛰어나다.
(1일 8시간 사용으로 20년간 수명보장)
6) LCD 및 PDP 에 비해서 소자의 동작 속도가 빨라서 동화상에서 보다 부드럽고 유연하게 재현된다.
차세대 프로젝터용 소자로 각광받을 것이 거의 확실할 것으로 생각되는 프로젝터이다.
7) 관리가 편하다.
LCD프로젝터는 프로젝터 측면에 먼지흡입구 부분이 있고 필터가 있어 정기적으로 청소를 해 주어야 하는 단점이 있지만
DLP프로젝터 경우 먼지 흡입구 및 먼지 필터가 없어 램프만 교환하면 되는 관리적인 편리성이 뛰어나다.
8) 사용기간에 따른 유지비가 저렴하다.
LCD프로젝터는 5~7년 사용시 액정판넬에 먼지등 이물질이 흡착하여 화면이 까맣게 보이는 경우가 생기며 실제로 액정 판넬
교환시 프로젝터를 한대 교체하는 가격이 나온다.
DLP프로젝터는 액정판넬이 아닌 반도체칩에 미러 거울이 붙어 있어 반영구적으로 사용할수 있다.