글쓴이 : SOONDORI
호주의 전문매거진, 일렉트로닉스 오스트레일리아 1990년 1월호에서.
* URL : https://archive.org/details/EA1990/EA%201990-01%20January/page/n11/mode/2up?view=theater
Large Screen Video Displays
호주에서는 아직 미국만큼 일반화되지는 않았지만, 대형 비디오 스크린이 이제 많은 호텔, 클럽, 컨벤션 센터, 스포츠 경기장에 설치되어 있습니다. 기술이 발전함에 따라 우리 가정에도 널리 보급될 것입니다.
최초의 비디오 프로젝터는 불과 10년 전 호주에 등장했습니다. 흐릿하고 둔탁하며 보기 흉했지만, 대형 영상에 대한 수요를 불러일으켰고 그 수요는 계속 증가하고 있습니다. 사람들이 모이는 곳마다 대형 스크린 비디오에 대한 수요가 있는 것 같습니다. 교육, 의료, 컨벤션, 비즈니스 회의, 심지어 술집이나 스포츠 행사에서도 비디오는 필수품이 되고 있습니다.
전문 영화관들은 비용 절감을 위해 비디오 프로젝션으로 눈을 돌리고 있습니다. 호주에서는 특별 스포츠 경기의 위성 생중계가 이루어지고 있으며, 공연자들이 너무 멀리 떨어져 있어 잘 보이지 않는 대규모 록 콘서트에서는 ‘비디오 PA’가 보편화되고 있습니다. 즉, 뮤지션들의 클로즈업 장면을 대형 스크린에 확대하여 보여주는 것입니다.
대형 화면 비디오가 이제 가정으로 들어오고 있습니다. 벽걸이 TV는 오랫동안 가정의 꿈이었으며, 제조업체들은 일본과 미국의 고급 비디오 애호가들 사이에서 프로젝션 시스템에 대한 꾸준한 수요를 보고하고 있습니다.
현재 기술
그렇다면 대형 화면으로 비디오를 재생하는 방법은 무엇일까요? 관객에게 비디오를 표시하는 세 가지 기본 기술이 있습니다. 직시형 브라운관(또는 점차 LCD 디스플레이), 스포츠 경기장에서 볼 수 있는 거대한 ‘전구’ 디스플레이 시스템, 그리고 비디오 프로젝터입니다. 이어서 대안을 살펴보겠습니다.
첫 번째 질문은 “왜 그냥 더 큰 브라운관을 사용하지 않을까?”입니다.
지난 3년 동안 브라운관 기술은 비약적인 발전을 이루었으며, 현재 대부분의 제조업체는 65~95cm 범위의 화면 크기를 가진 모델을 제공할 수 있습니다. 그러나 유리 강도와 무게 등 다양한 요인이 브라운관의 실제 크기를 제한하는 요인으로 작용합니다. 대형 컬러 LCD 디스플레이는 아직 먼 미래의 이야기지만, 업계 전문가들은 2000년(혹은 2010년) 이후에도 이러한 방식으로 TV를 시청하게 될 것이라고 예측하고 있습니다.
* 관련 글 : 43인치에서 멈춘 소니 트리니트론 CRT
대형 야외 경기장에서는 미쓰비시 ‘다이아몬드 비전’과 같은 ‘스코어보드’ 비디오 디스플레이가 유일한 대안이지만, 소도시에 필요한 전력을 충분히 소모하고 최소 시청 거리가 약 50미터여야 하기 때문에 활용 범위가 제한적입니다. (시드니 크리켓 경기장의 시스템에 대한 설명은 1987년 1월 EA 기사를 참조하십시오.)
(▲ 미쓰비시 다이아몬드 비전. 출처 : https://www.mitsubishielectric.com/news/2013/0306-b_print.html)
앞서 언급한 두 가지 유형의 흥미로운 융합 형태가 바로 ‘비디오월’입니다. 4개, 9개, 16개 또는 그 이상의 모니터를 서로 가까이 쌓아 특수 디지털 처리 기술을 통해 신호를 분할 및 확장하여 하나의 큰 화면을 모든 화면에 표시합니다. 비디오월은 단순히 하나의 큰 화면을 보여주는 것 이상의 기능을 할 수 있으며, 특수 효과 기능까지 갖추고 있어 그 자체로 엔터테인먼트 예술의 한 형태로 간주될 만합니다. 따라서 대형 비디오 영상을 제작하는 가장 실용적인 방법은 스크린 표면에 투사하는 것입니다. 따라서 우리는 이 디스플레이 기술 분야에 집중할 것입니다.
오늘날 사용되는 대부분의 비디오 프로젝터는 고휘도 음극선관(CRT)과 렌즈 시스템을 결합하여 스크린에 이미지를 투사합니다.
1980년대 초에 우리가 본 시스템(흔히 ‘펍 프로젝터’라고 얕잡아 부르기도 함)은 일체형 디자인으로, 거울을 통해 일체형 스크린까지 더 긴 투사 경로를 제공했습니다. 일반적으로 대각선 길이가 120~150cm인 스크린은 포물선 모양이었으며, 높은 광학 이득을 제공하기 위해 알루미늄 호일 스크린 표면을 사용하는 경우가 많았습니다. 이러한 설계는 초기 프로젝션 튜브의 광 출력이 비교적 낮았기 때문에 필요했습니다. 이러한 스크린의 허용 시야각은 매우 좁았고, 관객은 중심선 양쪽의 좁은 영역으로 제한되었습니다.
후면 프로젝션 스크린 표면을 사용하는 다른 유형도 등장했습니다. 이러한 장치의 외관은 기존 텔레비전 수상기와 더 유사했습니다.
영사관은 바닥에 설치되었고, 내부 거울에서 반사되어 영사 스크린 후면으로 투사되었습니다. 스크린은 일반적으로 대각선 길이가 약 120cm(48인치)였습니다. 이러한 유형의 제품은 여러 제조업체에서 여전히 판매되고 있지만, 더 선명하고 밝은 영상을 제공하는 대형 직시형 CRT TV에 빠르게 자리를 내주고 있습니다.
1982년 말, 현세대 CRT 프로젝터의 첫 제품이 호주에 출시되었습니다. 이 제품은 훨씬 작았고 별도의 곡면 또는 평면 스크린을 사용했습니다. 소니, 파나소닉, 바코, 일렉트로홈 등 여러 제조업체에서 유사한 제품을 구입할 수 있습니다. 대부분 8,000달러에서 12,000달러 사이에 판매됩니다.
현재 대부분의 프로젝터는 컴포지트 비디오와 RGB 입력 간 전환 기능을 제공하지만, 내장 TV 튜너를 제공하는 제품은 거의 없습니다. 입력 소스에 대한 유연성을 높이기 위해 많은 프로젝터가 호주 PAL 시스템뿐만 아니라 NTSC 및 SECAM 비디오 신호도 처리할 수 있는 디코더를 제공합니다.
‘데이터 프로젝터’는 다양한 컴퓨터에서 RGB 신호를 수신하도록 설계된 특수한 종류의 비디오 프로젝터입니다. 설계는 여러 중요한 부분에서 차이를 보입니다.
첫째, 편향 회로는 표준 비디오 신호의 15.625kHz보다 훨씬 높은 수평 라인 속도를 처리할 수 있습니다. 실제로 오늘날 대부분의 데이터 프로젝터는 IBM PS2 및 Apple Macintosh II 컴퓨터에 필요한 35kHz 수평 라인 속도로 스캔할 수 있습니다.
최신 세대 프로젝터는 그 수치를 두 배로 높일 수 있습니다. 또한 데이터 프로젝터에 탑재된 렌즈와 광대역 비디오 증폭기는 표준 비디오 프로젝터보다 몇 배 높은 해상도를 제공합니다.
프로젝터의 ‘비즈니스 측면’은 세 개의 고휘도 CRT와 세 개의 프로젝션 렌즈로 구성됩니다. 각 튜브는 빨간색, 녹색 또는 파란색 중 한 가지 색상을 처리하며, 각각 고유한 요크와 편향 회로를 가지고 있습니다. 표준 튜브 크기는 14cm(5.5인치)이지만, 밝기와 선명도를 높이기 위해 최대 23cm(9인치) 튜브가 사용되었습니다.
프로젝션 튜브 자체는 최대 50kV의 가속 전위로 매우 높은 밝기로 작동합니다. 튜브에서 생성되는 에너지의 약 80%가 열로 변환되므로 튜브는 수냉식이어야 합니다.
에틸렌 글리콜과 물의 혼합물(註, 사실상 자동차 냉각수)을 유리 커버 플레이트와 CRT 페이스 플레이트 사이에 끼웁니다. 액체 속의 대류는 유리 외피보다 열을 더 효과적으로 방출합니다. 이는 페이스플레이트의 열 응력을 줄이고 형광체의 작동 온도를 낮춰 더 높은 밝기를 얻을 수 있게 합니다.
일부 초기 프로젝터는 두 개의 튜브(녹색과 자홍색)를 사용했지만, 최근에는 네 개, 심지어 여섯 개의 튜브를 사용하여 밝기를 향상시키려는 시도도 있었습니다. (이 괴물들의 정렬과 수렴은 겁쟁이에게는 적합하지 않습니다!) 투사 렌즈는 최대 6개의 고정밀 렌즈를 사용하여 상당히 큽니다. 빛 손실을 최소화해야 하기 때문에 유효 조리개 f/1.0의 초고속으로 설계되었습니다. 최신 렌즈는 비구면 플라스틱과 유리 렌즈를 조합하여 사용합니다. 추가 렌즈를 사용하면 화면 중앙과 모서리를 별도로 초점을 맞출 수 있어 고이득 곡면 스크린을 사용할 수 있습니다.
거의 모든 CRT 프로젝터는 다양한 화면 크기에 맞춰 정렬할 수 있습니다. 대부분의 프로젝터는 1.5m에서 5m 사이의 화면 폭을 지원합니다. 수직 및 수평 스캔 방향을 반전하는 기능도 있습니다. 수직 스캔 모드를 전환하면 투사 장치를 바닥에 설치하거나 천장에 거꾸로 매달 수 있습니다. 수평 스캔 반전 기능을 사용하면 거울을 사용하여 투사 거리를 단축하거나 후면 투사 스크린 표면을 사용할 수 있습니다.
세 개의 튜브 정렬 및 수렴은 프로젝터를 설치할 때마다 수행해야 하며, 주기적으로 ‘조정’해야 합니다. 실제로는 복잡하지만 이론은 매우 간단합니다. 녹색 튜브만 켜면 렌즈 초점이 맞춰지고 녹색 래스터의 전체적인 형상이 조정됩니다. 내장된 크로스해치 생성기가 이 절차를 간소화합니다. 그런 다음 빨간색 튜브와 파란색 튜브의 초점을 맞추고 각각의 수렴 제어 장치를 사용하여 정렬하여 세 개의 스캔이 정확하게 중첩되도록 합니다. 수렴 과정에는 약 50개 이상의 제어 장치가 관여할 수 있습니다.
어두운 방에서 최종 결과물은 매우 좋으며, 3~4미터 폭의 스크린에 프로젝터 하나만 설치해도 수백 명*의 관객을 수용할 수 있습니다. 그러나 영화 프로젝터처럼 강한 주변광에 의해 화면이 빠르게 흐려지고, 조절되지 않는 자연광에는 전혀 대처할 수 없습니다.
광 밸브 프로젝터
더 크고, 밝고, 선명한 화면을 구현하기 위해서는 다른 방법들을 사용해야 합니다. 그중 가장 발전된 방법은 ‘광 밸브’라고 불리는 장치입니다. 광 밸브 프로젝터에서 전자식 래스터는 형광체로 코팅된 튜브를 스캔하여 빛나는 화면을 생성하는 것이 아닙니다. 대신, 래스터는 별도의 광원의 출력을 변조하는 데 사용됩니다. GE의 ‘탈라리아’ 프로젝터에 사용된 광 밸브 배열은 슐리렌 광학 시스템(註, Schlieren Optical System)을 갖춘 제논 아크 광원으로 구성됩니다.
작동 방식은 다음과 같습니다. 아크 램프에서 나오는 빛은 격자(입력 막대)를 통해 투명한 제어 평면으로 투사됩니다. 제어 평면에는 특수 오일 필름이 있는데, 이 필름은 전자 빔에 의해 스캔될 때 변형됩니다. 빛이 변조되지 않은 표면에 닿으면, 입력 격자와 일치하는 정밀하게 정렬된 출력 막대 세트에 의해 투과되고 차단됩니다. 유체 제어층은 입력 비디오 신호에 의해 속도 변조되는 전자 빔에 의해 처리됩니다. 제어층의 두께는 전자빔에 의해 오일 표면에 증착된 전하에 따라 달라집니다. 제어면의 변형된 영역에 입사하는 빛은 변형 깊이에 비례하는 양만큼 굴절 및 회절되어 출력 막대 사이를 통과한 후 렌즈를 통과하여 스크린으로 나옵니다.
CRT 프로젝터와 달리 이 시스템의 전체 밝기는 투사 아크 램프의 출력에 의해 결정되며, 전자빔 래스터는 단순히 제어 요소일 뿐입니다. 색은 램프에서 나오는 백색광을 다이크로익 필터를 통해 녹색과 자홍색으로 분리하여 생성됩니다. 입력 슬롯을 통해 녹색과 자홍색 빛이 유체 제어면으로 통과합니다. 전자빔은 오일층에 각 기본 색상에 대해 하나씩, 총 세 개의 홈(변형)을 형성하도록 변조됩니다.
각 홈은 회절 격자 역할을 하여 출력 막대의 패턴에 따라 원하는 색상이 선택되는 색상 스펙트럼을 생성합니다. 전자빔과 광원이 하나뿐이므로 수렴 조정이 없습니다.
LCD 사용
1980년대 전반에 액정 기반 광 밸브에 대한 많은 연구가 진행되었습니다. 특수 데이터 투사 애플리케이션을 위해 여러 시스템이 출시되었는데, 이 시스템은 CRT 또는 스캐닝 레이저 빔의 빛으로 액정을 어드레싱하여 액정 표면에 이미지를 형성하는 방식이었습니다.
액정 이미지는 강력한 램프로 조명된 후 스크린에 투사되었습니다. 이 시스템은 매우 고해상도의 문자 표시가 가능했지만, 단일 이미지를 생성하는 데 몇 초가 걸렸기 때문에 동영상에는 적합하지 않았습니다. 각 픽셀을 전기적으로 어드레싱하는 LCD 어레이를 사용하는 개발은 지난 3년 동안 눈부신 성공을 거두었습니다. 현재 여러 종류의 LCD 데이터 투사판이 시중에 나와 있습니다.
이러한 LCD 화면은 많은 노트북 PC의 LCD 화면과 유사하며 작동 방식도 동일합니다. 각 픽셀은 액정 소자로, 편광 전압을 인가하면 투명한 상태에서 다양한 불투명도로 변합니다. 개별 픽셀을 켜거나 끄면 문자나 그래픽이 생성됩니다.
투명 LCD 투사판을 오버헤드 프로젝터의 플래튼 위에 놓기만 하면 되며, 판을 통과하는 빛은 OHP 렌즈에 의해 이미지로 초점이 맞춰집니다. 이 시스템은 흑백 컴퓨터 데이터에 매우 적합하며 시중에는 다양한 브랜드와 모델이 있지만, 해상도는 비디오 표준에 크게 미치지 못하고 색상은 여전히 문제입니다.
컬러 LCD 투사 기술이 곧 상용화될 것이라는 발표가 여러 차례 있었으며, 실제로 이 시스템을 기반으로 한 컬러 비디오 프로젝터는 1989년 여러 일본 회사에서 시연되었습니다. 코닥은 호주에서 텅스텐-할로겐 램프와 단일 투사 렌즈를 사용한 대형 35mm 가정용 슬라이드 프로젝터와 유사한 시스템을 시연했습니다. 다이크로익 필터는 세 가지 기본색으로 빛을 공급하고, 이 빛은 프로젝터 게이트의 슬라이드처럼 세 개의 작은 LCD 패널을 통과합니다. 세 가지 색상 이미지는 결합되어 공통 렌즈를 통과합니다.
해상도는 상당히 낮았고, 투사된 화면은 뚜렷한 ‘모자이크 타일’처럼 보였지만, 분명 유망한 방식으로 보였습니다. 그러나 이 제품은 PAL 버전으로 출시되지 않았고, NTSC 버전은 현재 미국 코닥에서 조용히 폐기되었습니다.
이러한 상황에도 불구하고 많은 회사들이 LCD 프로젝션 기술을 적극적으로 연구하고 있습니다. 현재 어려움은 픽셀 전환 속도와 불투명도가 몇 단계만 조정되면 명암비가 제한되어 미세한 회색 음영을 구분할 수 없다는 점입니다. 그럼에도 불구하고 이 분야에서 향후 몇 년 안에 큰 개선이 기대됩니다.
다양한 다른 제어 매체를 사용하는 광 밸브 또한 현재 연구되고 있습니다. 한 시스템은 스캔 시 빛이 아닌 어두운 영역을 생성하는 CRT를 사용합니다. 다른 유망한 시스템은 전류 펄스에 의해 스위칭되어 입사광을 다른 방향으로 편광시킬 수 있는 결정 구조를 사용합니다.
미래
‘직시형’ 디스플레이는 화면 표면에 투사하는 것보다 항상 우수한 명암비와 해상도를 제공할 수 있습니다. 현재로서는 대형 능동 매트릭스 LCD 디스플레이가 가장 안전한 선택으로 보이며, 향후 최고의 대형 화면 TV를 제작할 수 있을 것입니다.
하지만 다양한 비디오 표준에 적응하는 유연성과 휴대성을 위해서는 프로젝션 시스템을 선호해야 합니다. CRT 프로젝터는 아직 개발 단계가 남아 있으며, 최소 향후 5년 동안은 확고한 자리를 유지할 것으로 예상됩니다. 그 이후에는 별도의 광원과 LCD 프로젝션 패널을 사용하는 시스템에 주목해야 합니다.
커다란 다방에서, 많이 여유 있는 친구집에 가서 커다란 3구 프로젝터를 봤던 시절의 이야기. 친구집 프로젝션 TV는 항상 꺼져 있었다. 전구다마가 무척 비싸다고 했던가?
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