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1. 개요
관련 웹페이지디지털 광원처리(Digital Light Processing, DLP)는 말그대로 광원을 디지털로 제어할 수 있게끔 하는 기술이며, 텍사스 인스트루먼트에서 근무하던 래리 혼백 박사가 개발했다. 주로 프로젝터에 쓰이는 기술이며, 이 기술을 사용하는 프로젝터는 말 그대로 빛을 이진 신호로 처리하므로 설계에 따라 타 프로젝터 대비 광효율을 우수하게 설계할 수 있다.
TIL 에일리언웨어의 DLP 방식 디스플레이 2280x900 해상도와 0.02ms 반응속도를 가진다.
2. DMD
MEMS 기술[1]의 사실상 최고봉. 미세한 전기의 자기장을 이용하여 아주 작은 거울을 움직이는 하나의 유닛을 필요한 화소수만큼 넣어놓은 일종의 칩이다. DMD의 거울 하나마다 화소 하나를 담당하며, 칩의 해상도에 따라 다르지만, 보통은 이러한 거울 수십에서 수백만개가 하나의 칩에 들어있다. 각 거울은 약 10~12도의 기울기를 변화시킬 수 있으며, 이를통해 1(켜짐) 또는 0(꺼짐) 을 나타낼 수 있다. 이것은 반응속도가 10μs로 매우 빠르다. 디지털 방식이기에 중간 값을 나타낼 수 없고, 밝기의 조정이 필요할경우 거울을 켜고 끄는 시간을 미세하게 조절해 밝기를 조절한다. 이때문에 어두운곳은 완전히 어둡고 밝은곳은 완전히 밝아지는 문제가 발생하기도 한다. 하지만, 요즘에는 그것을 드라이버 칩에서 보정하기 때문에 크게 완전 밝거나 어둡다는 것을 느끼기 힘들다.
3. 광원
DLP기술에 쓰이는 광원에는 HQI, LED, 레이저 등 다양한 종류가 있다.[2]4. 동작방식
여기서는 DLP를 통한 프로젝터의 동작방식을 설명한다.4.1. 3판식
3판식 프로젝터는 3개의 DMD칩을 사용한다. 하나의 DMD칩이 각각 빨간색, 초록색, 파란색을 담당하게되고, 각각의 상을 만들어 프리즘으로 보내 상을 합쳐 완전히 컬러인 상을 구현한다.[3] 구조가 단순하면서 밝지만, DMD칩은 LCD 및 LCoS 에 비해 상대적으로 가격 상승률이 더 가파른 편이어서 막상 제품을 빌드해보면 어중간한 칩을 쓰기엔 제품 경쟁력이 크게 낮아져서 고가격 제품 외엔 개발 자체를 안 하는 편이다.[4] 일반적으로 FHD 용 DMD 칩의 개당 가격은 600달러[5]이며, 이러한 칩을 3개를 사용하여 제품을 만들어 냈을 때 완제품의 소비자 가격을 고려하면 처음부터 7천달러의 네이티브 4K 칩셋을 3개 써서 시네마 제품으로 만들거나 아니면 600달러 칩 1개에 RGB광원을 붙여 3천달러 이내의 소비자 가격으로 만드는 게 낫기 때문.4.1.1. RGB가 나눠지는 광원
특정색을 가지고 있는 광원일경우 그대로 빨강, 초록, 파랑을 담당하는 DMD칩에 빨강, 초록 파랑색의 광원을 사용하며 별도로 빛을 나눠줄 필요가 없으므로 프로젝터의 전체 크기가 작아진다. 대부분 레이저 광원을 사용한다.4.1.2. 백색 광원
백색 광원인 경우에는 프리즘에 광원을 투과시켜 나온 스펙트럼중 RGB만 뽑아내어 각각의 DMD칩으로 보낸다. 에너지의 낭비가 조금 많은 것이 흠이다. 삼파장 광원인 경우는 LCD 프로젝터처럼 삼파장 백색광원을 사용한 뒤 다이크로익 미러[6]로 빨강/초록/파랑으로 분리하는 방법을 쓰기도 한다. 과거 다양한 형태의 3chip DMD DLP 프로젝터가 여러 회사들에서 양산될 때, 고출력 LED 기술이 발전하지 않아 메탈 할라이드, HQI 등의 광원을 사용했을 땐 이러한 방식을 이용했다. 2020년 이후의 3chip DMD DLP 프로젝터는 죄 다 시네마용 제품으로, 특별한 경우(레트로핏)가 아닌 이상 보통 RGB레이저 광원을 사용하기에 보기 드문 방식이다.4.2. 단판식
단판식 프로젝터는 RGB 방식의 경우 1프레임을 3개로 쪼개 빨강, 초록, 파랑 화상을 시간차로 만들어내며, 이로 인해 빨강, 초록, 파랑의 3광원의 경우 밝기가 딱 1/3으로 떨어진다. 이로 인해 광원의 효율이 매우 떨어진다.RGBW인 경우는 1프레임을 4개로 쪼개 빨강, 초록, 파랑, 흰색 화상을 시간차로 만들어낸다. 이 경우는 흰색을 비롯한 무채색의 광효율은 50%지만, 유채색의 광효율은 무채색의 절반으로 떨어지므로 유채색은 무채색에 비해 어두워진다. 물론 이 이외에도 방식은 여러 가지지만, 보편적으로 쓰이는 것이 위의 두 가지이다.
4.2.1. RGB가 나눠지는 광원
제어기판에서 빨강, 초록, 파랑을 투과할 시간을 나눠 순서대로 광원을 켜고 끄는식으로 작동한다. 컬러휠이 없기 때문에 크기가 작고 조용하며, DMD 칩에 도달하기 전에 버려지는 빛도 없기에 전력소모도 비교적 적다. 최근 나오는 초소형 프로젝터는 다 이런방식이라 봐도 무방하다.4.2.2. 백색 광원
컬러휠이라는 필터를 통해 빨강, 초록, 파랑을 나눠내며, 그 이후에는 빨강, 초록, 파랑의 상을 하나씩 만들어내 투사된다. 이 경우 광원의 효율이 3분의 1로 떨어진다. 또한 RGBW방식도 나왔다. 이 경우는 컬러휠에 흰색이 더 추가된다. 즉 유채색의 밝기는 4분의 1로 떨어지지만, 흰색의 밝기가 증가하게 된다. 이 이외에도 제작사마다 자신의 입맛에 맞게[7] 다양한 컬러휠을 만들고있다. 이경우에도 밝기는 컬러휠의 색깔의 개수만큼 줄어든다.5. 무지개 효과
단판식 프로젝터 앞에서 많이 움직이면 무지개 빛깔로 영상이 나뉘는데 이는 단판식 DLP프로젝터는 시분할로 영상을 출력해 광원의 색이 바뀌는 도중에 이동하게 되면 시간적으로 영상이 분리되는 현상이다. 이는 단판식 DLP프로젝터는 피해갈 수 없는 문제이다. 이것을 해결하려면 컬러휠의 회전 속도가 더 높아져야 하는데 회전 속도가 지금보다 더 빨라지는 것도 무리이다. 단, 컬러휠을 더 세밀히 나누면[8] 어느 정도 극복할 수 있다.
참고로, 위 사진의 프로젝터는 RGBW 배열의 컬러휠을 이용함을 알 수 있다.
6. XPR 기술
초기에는 아무리 기술이 발전했다고 한들 4K의 해상도를 구현하기 힘들었고, 개발이 가능했던 2K칩을 이용해 상 4개를 겹치는 방법으로[9][10] 4K 화상을 만들어냈다.[11] 때문에 같은 DLP 4K 프로젝터라고 하더라도 진짜 4K DMD를 사용한 프로젝터가 렌즈시프트 기술을 사용한 프로젝터보다 훨씬 비싼 가격을 자랑한다.2.7K DMD 인 경우는 대각선 방향으로, 1080 DMD 인 경우 격자 모양으로 부 주사를 진행한다. 별도의 XPR 렌즈를 사용해 광학적으로 구현하는 것이기 때문에 정적 영상을 투사해보면 실제 스크린에 투사되는 픽셀의 개수는 4배로 증가하는 것을 알 수 있다.
별도의 XPR 렌즈가 투사 렌즈 앞에서 구동되는 형태인지라 LCD 나 LCoS 에서도 똑같이 사용 가능하며 같은 원리로 4K 나 8K 프로젝터로 판매되고 있다.
장점은 동일 이미징 장치를 사용해 4배 픽셀 밀도의 영상을 손실 없이 투사할 수 있다는 점이고, 단점은 이 역시도 시분할을 이용해 작동하는 방식이기에 동적 영상 투사시 흐릿함, 밝기 저하, 그리고 XPR 렌즈가 240Hz 또는 480Hz 로 진동하면서 발생되는 소음이 귀에 들린단 점, 1판식 장비 중에서도 색분할이 필요할 경우 시간해상도 부족으로 인해 AntiRBE 사용 불가 등의 문제, Iris 계산 복잡도 증가 등의 문제가 있다.
7. 장단점
DLP는 장점이 명확한만큼 단점도 명확하다.7.1. 장점
DMD 상면의 각 거울이 픽셀을 대신하므로 다른 이미징 장치들에 비해 화소가 선명하고 깨끗하게 투사된다. 개구율도 높고, 거울의 반사효율은 LCD 패널의 투과율이나 LCoS 패널의 정반사에 비해 압도적으로 높아 밝기 확보와 에너지 효율에 크게 기여한다. 또한 대부분 광원에 LED나 레이저를 사용하므로 유지보수에 드는 비용이 적다.3DMD DLP 모델들의 경우 제어속도에 여유가 있어 프레임이 높은 동영상을 재생해도 잔상이 발생하지 않는다.
가장 큰 장점으로, CRT에서 주로 일어나는 번인 현상이나 LCD에서 일어나는 이미지 리텐션[12] 현상이 일어나지 않는다. DMD 칩셋이 적절히 냉각되는 한 거의 절대 발생하지 않는다.
7.2. 단점
사용되는 DMD칩의 포트폴리오 특성상 일정 성능 이상을 구현하려면 칩과 드라이버 IC의 가격이 크게 증가한다.[13] 자연스럽게 고품질의 프로젝터를 DLP 방식으로 설계하려면 가격이 지수함수 그 이상 수준으로 급격하게 증가한다.요즘 나오는 3판식은 너무 비싸기 때문에 일반적으로 쓰이는 것은 1판식인데, 이것은 위에서 설명했듯이 프레임 시간 대비 총광량이 좋지 않아서 비슷한 가격대의 3LCD 프로젝터에 비해 어둡게 보인다. 단판식 DLP 프로젝터는 1개 프레임의 시간동안 RGB 또는 RGBWY를 순차적으로 나누어 투사해야 하지만 3판식은 방식에 관계 없이 프레임 시간 동안 전체 파장을(RGB 모두) 동시에 투사하므로 3판식 대비 단판식은 같은 광원 구성일 경우 보통 밝기가 1/3 으로 줄어든다. 심지어 컬러 휠이 없어도![14] 이런 점 때문에 많은 기기에서 RGBW 컬러 휠이나 광원을 쓰는데, 이것은 유채색이 흰색에 비해 어둡거나 탁하게 나온다. 회전식인 경우 미세한 소음이 있으며, 특히 한국 내 제조 제품들의 경우 색원판이 깨지는 경우도 자주 발생한다.
1판식 프로젝터의 경우 빨강, 초록, 파랑의 상이 빠른 속도로 번갈아 깜빡이기 때문에 3LCD, 또는 컬러패널을 쓴 1LCD 프로젝터에 비해 눈이 피로하다.
의외로 완제품을 만들었을 때 대비가 그렇게 높진 않은편이다. LCD나 LCoS처럼 빛 에너지를 패널이 흡수해 열로 바꾸는 것이 아니라, 사용하지 않는 빛을 다른 곳(주로 업소버)에 반사시키는 방식이기 때문이다. 그 결과 LCD에 비해선 소폭 높은 편이나, LCoS 에 비해선 대비가 처참하게 낮다. 이 문제를 해결하기 위해선 광원과 DMD사이, DMD 와 렌즈 사이 Iris 를 사용해야 하며 이렇게 해도 1:5000 을 간신히 맞춘다. 통상적으로 잘 만들어진 파이버RGB레이저 3DMD DLP 프로젝터는 약 1:2200 의 대비를 가지며 HDR 영상을 재생할 수 없다. [15]
발열에 취약하다. 그래서 쿨러가 작동하고 있는 중에 기기가 꺼지는 경우가 자주 발생할 경우 칩이 과열되어 손상될 가능성이 있다. 발열이나 기타 사유로 칩이 고장날 경우 화면에 은하수처럼 점이 생긴다. 때문에 이런 고장이 발생할 경우 프로젝터에 은하수 현상이 생겼다고 하기도 한다.
진동에도 많이 민감하다. 내장 스피커가 있는 프로젝터를 쓰면 스피커에서 저음이 울릴 때 화면이 촤르르르르 떨리는 걸 볼 수 있다. 스피커가 없는 하이엔드나 시네마 제품도 마찬가지로, 옆에서 손으로 치면 화면이 순간 번쩍인다. 그래서 옥외 설치 조건의 내구도가 3개 방식 중 가장 취약하다.
8. 같이보기
[1] 미세전자기계시스템(Microelectromechanical systems). 나노기술을 이용한 아주 작은 기계를 의미한다.[2] 즉 레이저 프로젝터라고 해도 레이저 직접주사식 프로젝터가 아닌 레이저 광원에 DLP방식일수 있다는 것.[3] 광 회로만 놓고 보면 3LCoS 와 비슷하게 되어있다.[4] LCoS 프로젝터들이 3판식 중고가 제품만 만드는 것과 비슷하다. LCoS 는 단판으로 만들었을 때 광효율이 너무 낮아지므로 3판으로만 만들어야 해서 기본 금액 자체가 높아진다. 그렇다고 해서 LCoS 패널 1개가 극장용 프로젝터에 들어가는 4K DMD 칩 보다 비싸냐 하면 그것도 아니다. 모든 공산품은 이렇듯 제품의 특성과 가격에 따른 sweetspot 이 나누어진다.[5] 특수용 제외 가장 높은 금액의 제품이며, 낮추자면 100달러 내외도 있다.[6] 이 거울은 특정 색의 빛만 반사시키고, 나머지는 통과시킨다.[7] 일반 컬러휠에서 광원에 맞게 일부 색을 더 나누는등이다.[8] 기존 컬러휠이 빨-초-파로 되었다면 빨-초-파-빨-초-파 이렇게 한번 더 나누는 식.[9] 상을 4배 더 빠른속도로 만들어내고 이 상들을 조금씩 빗겨나가게 배열하는 방법으로 상을 겹친다.[10] 여기서 2K에서 4K는 2배 아니야? 라고 할 수도 있지만, 픽셀이 가로세로로 각각 2배씩이기 때문에 4배 늘어나야 되는 것이 맞다.[11] 요즘에는 8K 프로젝터 에서 이와 같은 현상이 일어나는 중 이다. 8K DLP칩은 홈페이지에서 찾아볼 수 조차 없기 때문.[12] LCD에서 나오는 잔상은 타서 생기는 것이 아니며, 영구적이지도 않다.[13] 이는 DLP자체가 TI가 독점하는 기술이라 타 회사에서 염가의 호환칩이나 가격경쟁 자체가 불가능한 구조이기 때문이다.[14] 1LCD 의 경우는 도찐개찐이다. 대신 일정 이상의 1DLP 프로젝터 가격은 3LCD와 프로젝터와 곂치는 점을 염두에 두어야 한다.[15] 대신 광회로의 효율이 좋은 편이어서 LCD나 LCoS 에서 구현하기 부담스러운 Stack 구조를 적용하기가 수월한 편인데, 이를 응용하여 하나의 컬러채널에 2개의 DMD 가 직렬로 구성되는, 6DMD DLP 프로젝터도 존재한다. 돌비 비전 이나 돌비 비전 + 애트모스 관에서 쓰이는 크리스티 사의 이클립스 시리즈 프로젝터가 6DMD 사양이다. 이들 프로젝터는 시퀼셜 모드, 대비 특화 렌즈[16] 이용시 20,000,000:1 의 대비를 보여준다.