TI DLPⓇ 기술, 다양한 디스플레이와 고급 광 제어 애플리케이션 적용 프로그래머블 광학 솔루션

글│라훌 프라카시(Rahul Prakash) / 텍사스 인스트루먼트 전기 설계 엔지니어

TI DLPⓇ 기술이란

텍사스 인스트루먼트(TI)는 전 세계 디지털 영화관 10곳 중 8곳 이상의 스크린에 채택된 수상 경력에 빛나는 DLP CinemaⓇ 제품을 비롯한 고급 프로젝션 애플리케이션으로 잘 알려져 있다. 또한 TI의 DLP 기술은 다양한 디스플레이와 고급 광 제어 애플리케이션까지 실현하고 있다. 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD) 또는 DLP 칩은 가시광선, 적외선, 자외선 등 어떤 종류의 빛에도 사용할 수 있는 효율적이며 매우 빠른 MEMS 광 조향 디바이스이다. TI의 검증된 반도체 제조기술로, DMD 하나 당 최고 880만 개의 개별 제어식 마이크로미러가 CMOS 연관 메모리 상에 구현된다. 1996년부터 전세계 소비자를 위해 TI가 생산한 DLP 칩셋은 4천만 개가 넘는다.

비디오 및 데이터 디스플레이
개발자들은 이제 전 세계 디지털 영화관, 강의실, 사업장에서 기술상을 수상한 DLP 디스플레이 기술 기반의 DLPⓇ Pico™칩셋으로 보다 밝고 효율적인 고해상도의 정밀한 프로젝션 기능을 초소형 애플리케이션에 구현할 수 있다. 완제품의 개발 속도를 높이기 위해 TI는 업계에서 가장 광범위한 광학엔진 제조사인 피코 에코시스템를 유지하고 있다. 또한 극장에서 강의실, 휴대폰까지 DLP 기술은 어떠한 애플리케이션이든 형태인자 요건이든 실질적으로 충족시키며 자유형태, 곡선 표면의 디스플레이를 실현하고 있다.

고급 광 제어
속자외선, 가시광선, 근적외선까지 넓은 스펙트럼에서 발생하는 문제를 해결하는 고성능 솔루션을 지원한다. 디지털 시네마와 소비자용 프로젝터를 선도하는 DLP 고급 광 제어 제품 포트폴리오는 디지털 석판인쇄, 머신 비전 인식, 3D 프린팅, 분광 및 여러 신생 애플리케이션에 고도로 특화되어 있다. TI의 강력하지만 사용이 쉬운 개발 툴로 고객은 혁신적인 제품을 보다 빠르고 쉽게 시장에 선보일 수 있다.

왜 DLP 기술인가?
초당 2만 사이클 이상
매우 높은 충전율 (=곡선인자)
편광 독립성
퀀틸리언(100경) 사이클 시험 완료

오토모티브
TI의 최첨단 반도체 제품으로 제조사 및 시스템 공급업체는 오토모티브 시장에 세계 최상급 기능들을 도입하고 있다. 이 광범위한 오토모티브 포트폴리오에는 DLP 디스플레이, ADAS, 인포테인먼트 프로세서, Hercules™ TMS570 마이크로컨트롤러, 무선 연결 솔루션과 함께 아날로그 전원 관리, 인터페이스, 시그널 체인 솔루션이 포함되어 있다.
오토모티브용 DLP 칩셋은 DLP Cinema 기술 기반으로 탄탄한 솔루션, 헤드업 디스플레이(Head-up Display)에 걸 맞는 밝고 선명한 이미지 품질, HUD 적응형 전조등 애플리케이션 적응력을 구현할 수 있다.
곡면 내부 설계에 매끈하게 통합되는 대형 디지털 대시보드 및 센터 콘솔 터치스크린부터 궂은 날씨의 가시도를 개선한 스마트 전조등까지 DLP 기술은 자동차 제조사가 독자적인 안전 기능으로 차별화하여 운전자의 경험을 향상할 수 있게 해 준다.

DLP 기술의 동작 방식
운전 중 DMD 컨트롤러가 “1” 이나 “0”으로 된 내장 메모리를 불러 들이면, 여기에 마이크로미러의 클로킹 펄스가 적용되어 각 마이크로미러는 평면에서 플러스(+)나 마이너스(-) 12° 상태로 바뀌게 된다. 프로젝션 시스템에서는 +12° 안착 상태가 ‘on’ 픽셀에 해당하고, -12°는 ‘off’ 픽셀에 해당한다. 각 미러의 on/off 동작주기를 프로그램하여 흑백 패턴을 만든다. 이와 동시에 다중 광원을 다중 송신하여 완전 RGB 색상을 만든다. 고급 광 제어 애플리케이션에서는 ±12° 상태가 패턴과 그 반대 기능의 일반 출력 포트로 사용된다.
DMD를 광학 및 조명 기능이 있는 광학 모듈과 함께 사용하여 프로젝션 엔진의 핵심부를 만든다. 컨트롤러는 광 모듈 근처에 있는 전기 기판에 설치되어 DMD를 제어하고, 필요한 데이터 형식 및 처리 기능을 수행한다.
TRP 아키텍처
TI의 특허 받은 TRP 아키텍처와 적응형 DLPⓇ IntelliBright™알고리즘 수트로 개발자들은 밝기를 더 높이면서 전력 소모량은 적은 제품을 개발할 수 있게 되었다. 기존 TI의 동급 해상도 아키텍처와 비교했을 때 프레임 당 TI 칩셋이 들어간 TRP 아키텍처로 픽셀 수는 2배로 늘릴 수 있고 광 효율은 30% 향상시키며 전력은 최고 50%까지 절약할 수 있다.

TRP 아키텍처의 장점
2배의 픽셀
광 효율 30% 향상
최고 50% 에너지 절약

성능

비디오 및 데이터 디스플레이 기능
DLP 비디오 및 데이터 디스플레이 제품으로 개발자들은 초소형 애플리케이션에 밝고 효율적인 고해상도 프로젝션 기술을 구현할 수 있다. DLP 칩은 매우 유연한 프로그래머블 광 관리 기능을 제공하며 다양한 디스플레이 분야에서 사용할 수 있다.
•높은 이미지 품질 - DLP 비디오 및 데이터 디스플레이 칩셋은 검증된 DLP Cinema 기술을 기반으로 뛰어난 가독성과 정밀한 색상, 빠른 디지털 비디오 성능 및 HD 해상도 외에도 일반 전등이나 LED 및 레이저까지 모든 광원에 사용할 수 있는 고유의 장점을 지닌다.
•크기 불문 - DLP 칩은 해상도 및 크기가 다양하므로 산업용, 엔터프라이즈, 소비자 가전기기 애플리케이션 등 여러 분야에서 혁신적인 제품을 개발할 수 있다. 두께가 5.5mm미만의 광학 모듈로 DLP 광학엔진 제조업체의 에코시스템은 크기 상관없이 광범위한 턴키(turnkey) 광학 모듈을 제공할 수 있다.
•형태 불문 - DLP 칩 고유의 마이크로미러 구조는 곡선이나 자유형태의 어떤 표면이든 화면 투사가 가능하다.
•튼튼한 터치감 - DLP 기술은 실제로 어떤 표면이든 양방향 디스플레이로 바꿔주며, 선 없는 물리적 노브를 통합하여 어떤 형태든 후면 프로젝션 디스플레이에 구현할 수 있다.

고급 광 제어
Tl의 고급 광 제어 기술과 광대한 에코시스템으로 광학 센싱과 조명 제어는 유연해진다.
•구조화된 빛 - DLP 기술의 프로그래머블 구조화 광선(Programmable Structured Light). 이 방법으로 일련의 패턴을 대상 물체에 투사하면 센서는 평평하지 않은 면에서 나온 패턴의 왜곡도를 탐지한다. 접촉식 좌표 측정법(Contact Coordinate Measurements)이나 레이저 스캔 방식과 비교하여 DLP 시스템은 접촉 없이도 높은 정확도로 3D 데이터를 실시간으로 만들 수 있어 3D 머신 비전 인식이 가능하다.
•파장 선택 - DLP 기술은 분산 광학 요소를 이용하여 DMD 칩 표면에서 빛을 공간적으로 분리된 파장으로 나누어 준다. 각 DMD 컬럼에서 켜지고 꺼지는 거울(미러)의 개수에 해당하는 파장을 선택하고 증폭한다. 분광계에 이렇게 파장을 선택하는 기술을 이용하면 식품 및 농산물, 약품, 플라스틱과 같이 주변의 액체 및 고체를 분석할 수 있다.
•디지털 노출 - DLP 기술을 기반으로 한 시스템은 DMD의 디지털 패턴을 투사하여 한 번에 광 폴리머나 수지 층을 선택적으로 경화할 수 있다. 이러한 시스템은 점대점 기술보다 훨씬 효율적이면서 미크론 단위의 패턴도 처리할 수 있다. PCB 석판인쇄 및 3D 프린팅에서 이 기술이 적용된다.

가리지 않는 광원
DLP 기술은 필요한 애플리케이션에 따라 LED, 레이저, UHP, 크세논(Xenon)을 포함한 다양한 광원을 지원한다. 또한 DLP 기술은 자외선(365nm)부터 근적외선(2,500nm)까지 폭넓은 파장의 스펙트럼을 지원하며, 경우에 따라 특정 파장을 위한 전용 DLP 칩도 개발되고 있다.

개발 툴
TI는 개발 시간을 단축할 수 있는 다양하고 유연한 플랫폼을 제공한다. 모든 평가 모듈(EVM)의 중심에는 DMD와 컨트롤러가 포함된 DLP 칩셋이 탑재된다.
DLP LightCrafter™ Display 2010 EVM은 0.2인치 TRP WVGA 디스플레이 칩셋용으로 출시된 사용이 간편한 평가 모듈이다. 광학 모듈(~25 lum), HDMI 인터페이스(입력 데이터), 구성용 DLP LightCrafter Display GUI이 포함되어 있다.

0.2인치 TRP WVGA 디스플레이 칩셋
•DLP2010 DMD
•DLPC3435 디스플레이 컨트롤러
•DLPA2000 전원 관리/LED 드라이버
DLP LightCrafter 4500 EVM으로 산업 및 의료용, 과학분야 애플리케이션에 적합한 높은 밝기와 해상도를 지닌 유연한 광 조향 솔루션을 제작할 수 있다. DLP LightCrafter 4500은 0.45인치 WXGA 칩셋을 사용하며 해상도, 밝기, 프로그램 기능이 작은 형태인자 속에 촘촘히 구현되어 있다.
개발자는 EVM의 USB 기반 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)와 사용이 쉬운 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)로 고속 패턴 시퀀스를 쉽게 제작하고 저장하며 표시할 수 있다.

0.45인치 WXGA 칩셋
•DLP4500 DMD
•DLPC350 디지털 컨트롤러
TI 디자인스
TI의 포괄적인 레퍼런스 디자인 라이브러리인 TI 디자인스를 활용하면 시스템 설계를 바로 시작할 수 있다. 디자인스에는 다양한 애플리케이션을 지원하는 회로도와 블록 다이어그램, BOM, 설계 파일 및 테스트 보고서가 포함된다.
DLP 기술을 사용하는TI 디자인스는 다음과 같다 :
•3D 머신 비전 인식 애플리케이션을 위한 정확한 포인트 클라우드 생성
  - 3D 머신 비전 인식 레퍼런스 디자인은 DLP 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 채택하여 개발자들이 카메라, 센서, 모터나 다른 주변장치와 DLP 기술을 결합하여 손쉽게 3D 포인트 클라우드를 구축할 수 있게 해준다. 고도로 특화된 3D 머신 비전 인식 시스템은 DLP4500 DMD와 DLPC350 디지털 컨트롤러가 특징인 DLP LightCrafter 4500 EVM를 사용하며, 산업 및 의료용, 보안 애플리케이션을 위한 고해상도의 정교한 패턴을 자유자재로 제어할 수 있다.
•액체 및 고체 설계의 광학 분석을 위한 근적외선 분광기
  -근적외선(NIR) 분광기 레퍼런스 디자인은 단일 요소 InGaAs 탐지기와 DLP 기술을 접목하여 InGaAs 어레이 탐지기보다 훨씬 실용성이 높고 회전식 격자 아키텍처보다 튼튼한 휴대형 형태 인자에 고성능 측정 기능을 구현하였다. NIR 분광기는 일반적으로 식품, 구조물, 약품이나 석유화학제품과 플라스틱의 액체와 고체를 분석할 때 사용한다. 강력한 TI Sitara™ 임베디드 프로세서와 아날로그 시그널 체인과 결합하면 현장에서나 제조 라인 어디에서든 사용할 수 있는 첨단 실험실의 분광기를 제작할 수 있다.

•DLP 디자인 네트워크는 전세계 고객을 대상으로 하드웨어/소프트웨어 통합, 광학 설계, 시스템 통합, 프로토타이핑, 제조 서비스 및 턴키(Turnkey) 솔루션을 제공하며, DLP 기술 개발 및 시장 출시 속도를 앞당겨 주는 독립적인 그룹이다. 보다 자세한 정보는 ti.com/dlp-design-house에서 제공된다.
•DLP 광학엔진 제조사는 전 세계 고객 기반으로 턴키 광학 모듈을 공급하는 독립적인 기업이다. 이러한 모듈은 프로젝션 시스템의 핵심을 이루는 DMD, LED 기반의 조명, 필수 광학 요소를 탑재할 수 있도록 해 준다. TI 고객은 이런 광학엔진 제조사에서 광학 모듈을 직접 조달하여 제품의 개발 속도를 높이고 시장 출시를 앞당길 수 있다. 보다 자세한 정보는 ti.com/dlp-modules에서 제공된다.

시장 기회
TI DLP 기술은 고도로 유연하며 산업용 및 오토모티브, 엔터프라이즈, 의료용 및 소비자 시장의 다양한 디스플레이와 고급 광 제어 애플리케이션에서 사용할 수 있다.

자료제공 | 텍사스인스트루먼트코리아(www.ti.com)