레이저 TV 디스플레이를 위한 TI 'DLP 기술'

[테크월드=이나리 기자] 레이저 기반 프로젝션 TV는 크고, 밝은 디스플레이를 만들기 위해 레이저 광원을 이용한다. 이런 DLP 방식의 레이저 TV 디스플레이 기능을 엔터테인먼트나 미디어 기기에 추가하면 적은 비용으로도 기능을 향상시키고 대화면을 통한 몰입형 시청 경험을 만들 수 있기 때문에 많은 관심을 모으고 있다.

평면 TV가 점점 크고 무거워지면서 방 또는 집마다 쉽게 옮길 수 있는 휴대용 대형 디스플레이에 대한 수요가 증가하고 있다. 소비자는 끊임없이 변화하는 일상생활에 적합한 유연한 디스플레이를 요구하고 있는 것이다. 실내는 물론이고 캠핑과 같은 실외 활동이 증가하면서 야외에서도 대형 디스플레이를 원하는 경우가 늘고 있는 것이다.

텍사스인스트루먼트(이하 TI) DLP 기술을 이용하는 제품은 휴대 가능한 작은 크기에서 100인치 이상의 디스플레이를 제공할 수 있다. 이를 이용해 제품을 개발하는 업체에서는 DLP 기술로 다양한 애플리케이션과 설정을 위한 여러 가지 형태와 해상도를 갖는 다목적 디스플레이 솔루션을 만들 수 있다.

◇ DLP 기술이란 무엇인가?

텍사스인스트루먼트 DLP 기술은 DMD(Digital Micromirror Device)를 이용해 광을 조절하는 MEMS(MicroElectro-Mechanical Systems) 기술이다. DMD는 해상도와 크기가 다양하고, 800만개 이상의 고반사 디지털 전환형 마이크로미러를 2차원 배열로 구성하고 있다[그림 1].

DMD에서 각각의 마이크로미러는 화면에서 한 개 또는 그 이상의 픽셀을 표현할 수 있고, 높은 품질의 화면을 만들기 위해 독립적으로 조절된다. DLP 기술은 디지털 시네마와 홈시어터 프로젝터부터 가상현실 기기와 디지털 간판, 오토모티브 헤드업 디스플레이 등 다양한 제품의 디스플레이를 구동한다. TI DLP 칩셋은 고휘도, 고해상도로 다양한 크기의 휴대용 디스플레이를 가능하게 만들어 나가고 있다.

◇ 레이저 TV란 무엇인가?

레이저 TV는 레이저 광원을 가진 DLP 기술과 인터넷 커넥티비티, 스마트 애플리케이션 기반 운영체제의 3가지 분야의 혁신을 결합한 새로운 차원의 디스플레이 제품이다. 이런 세 가지 기술을 결합함으로써 100인치 이상 일반적인 디스플레이 크기로 스크린에 다양한 멀티미디어 콘텐츠를 출력할 수 있다.

레이저 TV는 초단거리 광학 모듈로 구성되므로, 디스플레이 표면에서 약 몇 인치 떨어진 곳에 제품을 배치하더라도 고품질의 이미지를 표시할 수 있다[그림 2].

출장이 잦거나 소형 주택에서 사는 소비자라도 임베디드 무선 기능을 갖춘 레이저 TV를 통해 휴대성은 유지하면서 대형 스크린으로 모든 종류의 온라인 콘텐츠를 스트리밍 할 수 있는 것이다. 이 새로운 TV는 소비자에게 실외를 포함한 어디서나 디스플레이를 자유롭게 옮길 수 있는 유연성을 제공한다. 예를 들어 이웃이나 친구와 함께 차고에서 인기 게임이나 좋아하는 스트리밍 콘텐츠를 공유한다는 상상을 해보자[그림 2].

또한 레이저 TV 제품은 가구에 내장하거나 벽걸이 TV를 원치 않지만 대형 디스플레이를 갖고 싶어하는 소비자를 위해 눈에 잘 띄지 않게 숨길 수도 있다. 제품 개발업체는 DLP 기술을 이용해 독립적인 레이저 TV를 만들 수도 있지만, 거의 어떤 전자 기기에도 레이저 TV 디스플레이를 통합할 수도 있다.

◇ 레이저 TV의 특징

레이저 TV는 다음과 같은 특징을 갖고 있다.

레이저 형광체 광원: 레이저 형광체 기술은 기존의 다른 광원에 비해 수명이 길다. 또한 온오프 기능이 즉각적이어서 전원을 켜고 끌 때 시스템을 예열하거나 식힐 필요가 없다.

휴대성: 기존의 대형 스크린 TV는 크기 때문에 옮기거나 운반하는 것이 쉽지 않았다. DLP 기술에 기반한 레이저 TV는 사용자가 편하게 기기를 방에서 방으로 옮길 수 있다.

유연한 디스플레이 크기: 기존의 TV는 디스플레이 크기가 고정돼 있지만, 레이저 TV의 이미지는 디스플레이 표면으로부터의 거리에 따라 유연하게 크기를 조절할 수 있다. 일반적인 화면의 크기는 80~100인치이며 최대 140인치까지 키울 수 있다. 이것은 소비자가 다른 용도로 디스플레이를 맞춤화할 수 있다는 것을 의미한다.

스마트: 빌트인 비디오 스트리밍 애플리케이션과 Wi-Fi 네트워크에 기반한 스마트 기능으로 사용자의 시청 경험을 풍부하게 만들어 준다.
간단한 설치: 초단거리 광학 모듈을 적용함으로써 레이저 TV 본체를 스크린에서 멀리 떨어뜨리지 않고도 고품질로 콘텐츠를 출력할 수 있다.

선택적인 화면: 고정 스크린은 어떤 종류의 가상 표면에도 뛰어난 이미지나 비디오를 출력할 수 있지만, 필요한 경우 스크린을 추가하고 주변 조명을 차단함으로써 스크린에서 반사되는 밝기를 증가시킬 수 있다.

미관 개선: 레이저 TV를 가구나 장식에 내장하면, 실내 미관이 자연스러운 상태로 유지되며, 시야를 가로막는 디스플레이 패널을 없앨 수 있다.

◇ 레이저 TV를 위한 DLP 기술

DLP 기술은 레이저 TV에 적합한 여러 가지 장점을 제공한다.

폼 팩터: 레이저 TV 시스템은 뛰어난 디스플레이 기능을 다양한 시스템 크기에 맞춰 유연한 폼팩터를 지원할 수 있다.

선택 범위가 넓은 디스플레이 해상도 칩셋: DLP 칩 포트폴리오는 HD, FHD, UHD 등 여러 가지 해상도를 포함한다. 따라서 다양한 밝기와 크기, 해상도, 가격대로 차별화된 제품을 디자인할 수 있다.

고명암: DLP 기술은 높은 명암비를 제공해, 짙은 검정색을 만들 수 있으며 밝기와 화질을 개선할 수 있다.

고속: 각각의 DLP 마이크로미러는 초당 수천 회 전환할 수 있어 높은 재생률과 프레임율을 제공할 수 있으며, 디스플레이 대기 시간이 낮아 DLP 레이저 TV 솔루션은 빠른 액션 영화나 게임에 적합하다.

첨단 이미지 프로세싱 알고리즘: DLP 브릴리언트 컬러(Brilliant Color)의 알고리즘은 추가 컬러 필터를 활용함으로써 밝기를 향상시키고 조명 효율을 높일 수 있다.

◇ 시스템과 전자공학

일반적인 레이저 TV 프로젝션 시스템은 프론드 엔드 프로세서와 포매터 보드, DMD 보드, DLP 광학 모듈 등 크게 네 가지로 구성되어 있다.

프론트 엔드 프로세서: 프론트 엔드 프로세서에서 맞춤형 기능을 제공하는 애플리케이션 프로세서는 Wi-Fi나 블루투스와 같은 무선 네트워크, HDMI, IR 원격제어, 오디오 제어, 팬 제어, 오토포커스를 위한 모터 제어 등의 기능을 제공한다.

포매터 보드: 포매터 보드는 DMD를 통해 데이터가 출력될 수 있도록 포맷에 필요한 DLP 컨트롤러와 함께 이를 위한 기타 전자 시스템으로 구성된다.

DMD 보드: DMD 보드는 DMD 칩과 DMD용 전원 공급 회로, DLP 컨트롤러와 DMD 사이의 통신 인터페이스를 내장하고 있다.

DLP 광학 모듈: DLP 칩은 관련 레이저 투광원과 광학 요소, 필수 기계 부품과 함께 광학 모듈이나 광 엔진으로 알려진 작고 견고한 어셈블리로 결합된다[그림 5]. 광학 모듈은 이 시스템의 핵심 디스플레이 부품으로, 애플리케이션과 요구조건에 따라 여러 가지 크기로 제공된다. 일반적으로 투광원과 광학, DMD, 히트싱크, 팬 형태의 열 관리 등의 부피가 큰 부분을 차지하며, 밝기가 높을수록 광학 모듈도 커진다. 여러 가지 디자인과 크기, 기능, 성능을 갖춘 DLP 광학 모듈은 DLP 에코시스템 파트너인 다양한 광학 모듈 제조업체(OMM)를 통해 제공된다.

기존의 광학 모듈은 사내 전문 지식이나 자원 없이도 최종 제품에서 사용하거나 활용할 수 있기 때문에, 최종 제품 제작업체는 제품 개발 주기를 앞당길 수 있다. 또한 DLP 디자인 하우스와 일부 OMM은 광학 모듈을 필요로 하는 애플리케이션에 적합한 맞춤형 광학 모듈을 설계하고 제작할 수도 있다.

설계시 고려사항

설계시 주요 고려 사항으로는 밝기와 해상도, 명암, 거리비, 크기와 폼 팩터, 디스플레이 표면 등이 있다.

밝기는 특정 화면에서 인간의 눈으로 인지할 수 있는 빛의 정도를 나타내고, DLP 칩셋을 선택 시 중요한 고려사항이다. 이는 빛의 양(광자의 수)과 컬러 스펙트럼에서의 확산(광자 에너지)이 가장 중요한 지표이며, 가시 스펙트럼에서의 눈의 다양한 감도와 상관관계가 있다. 밝기의 SI 단위는 루멘(lumen)이다. [표 1]은 스크린 크기와 주변광 조건을 바탕으로 요구사항을 결정하는데 도움이 될 수 있다.

이미지에서 볼 수 있는 디테일의 수준은 출력된 이미지를 구성하는 픽셀의 수, 즉 해상도로 결정된다. DLP 시스템에서 디스플레이에서 1개 또는 그 이상의 픽셀을 표현할 수 있는 DMD의 미러 수와 상관관계에 있다. 해상도는 출력 가능한 픽셀의 수로, 출력된 디테일의 수준은 프로젝터 시스템뿐 아니라 소스 콘텐츠의 해상도에도 좌우된다. 소스 콘텐츠가 프로젝터 시스템의 해상도와 맞지 않는다면, 출력되는 해상도를 최대한 활용할 수 있도록 컨트롤러가 소스 콘텐츠를 맵핑한다.

눈으로 보여지는 화질은 보여진 이미지의 가장 밝은 영역과 가장 어두운 영역의 차이에 의해 결정되며, 이를 정량화한 것이 명암비이다. DLP 시스템의 명암비 스펙이 시스템 성능에 기초하고 있다면, 시청 경험도 주변광에 큰 영향을 받을 수 있다. 스크린에 주변광이 많을수록 이미지에서 볼 수 있는 명암은 낮아지고, 시스템 명암과 주변광이 이미지의 진정한 가시 명암을 결정한다. 명암을 최대화하기 위해 광학 모듈에 사용되는 광학 설계 및 품질에 특히 주의를 기울여야 한다.

많은 프로젝션 애플리케이션에서는 시청 화면과 관련해 프로젝터의 위치가 중요하다. 프로젝터의 거리비는 특정 스크린 크기를 만들기 위해 프로젝터를 배치해야 하는 거리를 결정한다[그림 6].

투사된 이미지의 너비(W)를 렌즈에서 화면 중앙까지의 거리와 비교한 것이 그림 7의 거리비(T)이다. 레이저 TV 애플리케이션은 일반적으로 거리비가 0.4 미만인 초단거리 광학 모듈을 가지고 있다.

레이저 TV의 장점은 기존의 무거운 디스플레이 시스템과 달리 소형의 기기를 어디에라도 운반할 수 있는 휴대성에 있다.

설계에 따라, 레이저 TV 기기의 크기와 폼 팩터를 줄일 수 있다. 밝기와 해상도가 높아질 수록, 히트싱크와 팬 모양의 열 관리가 추가되므로 전체 크기도 커진다. 설계 고려사항과 조정이 올바르게 될 때, 레이저 TV는 대부분의 용도를 만족시킬 수 있는 폼 팩터에 맞춰 설계 및 제작할 수 있다.
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이저 TV의 경우, 벽과 휴대용 스크린 또는 고정 벽걸이 스크린에 상관없이 어떤 표면에서도 시청할 수 있다. 프로젝션 스크린은 주로 하얀색 직물이나 심지어 벽에 바르는 스크린 페인트로 제작된다. 스크린을 추가해 투사된 이미지에 주변광이 미치는 영향을 제한할 수 있고, 화질에 큰 영향을 줄 수 있다. 프로젝션 스크린은 심지어 특정 디자인에 적합한 맞춤 제작도 가능하다.
[표 2]의 DLP 칩셋은 이같은 제반 사항을 고려했을 때, 레이저 TV 애플리케이션에 적합한 솔루션들이다.