디지털 광원 처리
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1. 개요
디지털 광원처리(Digital Light Processing, DLP)는 말그대로 광원을 디지털로 제어할수 있게끔 하는 기술이며, 텍사스 인스트루먼츠에서 근무하던 래리 혼백 박사가 개발했다. 주로 프로젝터에 쓰이는 기술이며, 이 기술을 사용하는 프로젝터는 말 그대로 디지털로 처리하기에 깨끗한 영상을 보여준다.
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TIL 에일리언웨어의 DLP 방식 디스플레이 2280x900 해상도와 0.02ms 반응속도를 가진다.
2. DMD
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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 보정하기때문에 크게 완전 밝거나 어둡다는 것을 느끼기 힘들다.
3. 광원
DLP기술에 쓰이는 광원에는 LED, 레이저 등 다양한 종류가 있다.[2][3]
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. 구조가 단순하면서 밝지만, DMD칩은 비싸고, 3DLP 프로젝터는 보통 1천만원이 넘을 정도라 쉽게 사용되지 않는 방식이다.
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.
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[4]로 빨강/초록/파랑으로 분리하는 방법을 쓰기도 한다.
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. 이로인해 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 여러가지지만, 보편적으로 쓰이는것이 위의 두가지이다.
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[5] 다양한 컬러휠을 만들고있다. 이경우에도 밝기는 컬러휠의 색깔의 개수만큼 줄어든다.
5. 무지개 효과
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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[6] 어느 정도 극복할 수 있다.
6. e-shift
초기에는 아무리 기술이 발전했다고 한들 4K의 해상도를 구현하기 힘들었고, 개발이 가능했던 2K칩을 이용해 상 4개를 겹치는 방법으로[7][8] 4K 화상을 만들어냈다.[9] 때문에 같은 DLP 4K 프로젝터라고 하더라도 진짜 4K DMD를 사용한 프로젝터가 렌즈시프트 기술을 사용한 프로젝터보다 훨씬 비싼 가격을 자랑한다.
7. 장단점
DLP는 장점이 명확한만큼 단점도 명확하다.
7.1. 장점
디지털 방식이기에 상이 선명하고 깨끗하며, 명암비도 높다.[10] 또한 대부분 광원에 LED나 레이저를 사용하므로 유지보수에 드는 비용이 적다.
또한 반응속도가 빠르며, 프레임이 높은 동영상을 재생해도 잔상이 발생하지 않는다.
그리고 CRT에서 주로 일어나는 번인 현상이나 LCD에서 일어나는 이미지 리텐션[11] 현상도 일어나지 않는다.
7.2. 단점
사용되는 DMD칩이 비싸 자연스럽게 프로젝터의 비용도 상승하여 초기비용이 크다.
3판식은 너무 비싸기 때문에 일반적으로 쓰이는 것은 1판식인데, 이것은 위에서 설명했듯이 광효율이 좋지 않아서 LCD 프로젝터에 비해 어둡게 보인다. 이런 점 때문에 많은 기기에서 RGBW를 쓰는데, 이것은 유채색이 흰색에 비해 어둡거나 탁하게 나온다.
1판식 프로젝터의 경우 빨강,초록,파랑의 상이 빠른 속도로 번갈아 깜빡이기 때문에 LCD 프로젝터에 비해 눈이 피로하다.
8. 같이보기
[1] 미세전자기계시스템(Microelectromechanical systems). 나노기술을 이용한 아주 작은 기계를 의미한다.[2] 즉 레이저 프로젝터라고 해도 DLP방식일수 있다는 것.[3] 사실 광원만 레이저면 레이저프로젝터이다. 자세한건 레이저 프로젝터 문서 참고.[4] 이 거울은 특정 색의 빛만 반사시키고, 나머지는 통과시킨다.[5] 일반 컬러휠에서 광원에 맞게 일부 색을 더 나누는등이다.[6] 기존 컬러휠이 빨-초-파로 되었다면 빨-초-파-빨-초-파 이렇게 한번 더 나누는 식.[7] 상을 4배 더 빠른속도로 만들어내고 이 상들을 조금씩 빗겨나가게 배열하는 방법으로 상을 겹친다. 그러니 광원이 4배 더 밝아지지 않는 이상 밝기가 4분의 1로 줄어들게 된다.[8] 여기서 2K에서 4K는 2배 아니야? 라고 할수도 있지만, 픽셀이 가로세로로 각각 2배씩이기 때문에 4배 늘어나야 되는 것이 맞다.[9] 요즘에는 8K 프로젝터 에서 이와 같은 현상이 일어나는 중 이다. 8K DLP칩은 홈페이지에서 찾아볼 수 조차 없기 때문.[10] OLED가 명암비가 높은 이유와 비슷하다. DLP는 화면중 검정을 표시할때는 아예 빛을 다른곳으로 반사시켜버린다.[11] LCD에서 나오는 잔상은 타서 생기는 것이 아니며, 영구적이지도 않다.