2017년부터 관심을 가지고 지켜보던 제품이었는데 정보가 전혀 제시되어 있지 않더라고요. 분해도도, 회로도도 없고 제품 설명도 빈약했습니다. 그래서인지 정보를 찾는 데 어려움이 꽤 많았습니다.
아, 그렇다고 살 생각은 없습니다. 그냥 이런 게 있구나 정도... 원래 신기한 레트로 제품군들을 보면 구매욕이 상승하는데, 어째 이건 전혀 그렇지 않네요.
CRT와 LCD는 나름대로의 장점이 있습니다. 우선, CRT는 해상도에 타격을 덜 받는다는 점, 특유의 작동 원리로 인해 잔상이 생기지 않고 응답속도가 칼이라는 점이 있죠. 이 장점 중 일부는 아직도 LCD가 CRT를 능가하지 못했습니다. 물론 쇼미더머니 신공을 발휘하면 충분히 CRT의 장점을 갖춘 제품을 구매할 수 있지만, 저희가 그렇게 돈이 많은 사람은 아니잖아요. 반면 LCD는 CRT와는 정반대의 장점을 갖고 있고, 무엇보다도 CRT와 달리 LCD는 꾸준히 고해상도 신제품이 출시되고 있으며 도태되지 않았다는 큰 장점을 가지고 있습니다. 더 이상 자세한 설명은 생략합니다.
그런데, 오늘 소개해 보려는 이 물건은 CRT와 LCD가 공존하는 물건입니다. 아니 그렇다고 양자역학처럼 LCD와 CRT가 중첩 상태에 있는 건 아니고, LCD 짬짜면도 아닙니다. 굳이 비유하자면, CRT에 LCD를 싸서 드셔보세요 정도 될라나요.
바로, LCCS입니다. 세상에서 가장 선명한 컬러 CRT라고 할 수 있죠.
시기는 정확하지 않으나, 90년대 후반으로 추정됩니다. JVC (빅터) 에서 새로운 타입의 모니터를 출시합니다. 여기에는 LCCS라는 신기술이 들어가 있습니다, 대표 모델 중 하나인 'JVC TM-L450TU' 의 매뉴얼에 '© 2000 VICTOR COMPANY OF JAPAN, LIMITED' 라고 적혀진 것으로 보아, 90년대 후반 - 00년대 초반까지 생산된 제품군으로 추정합니다.
이 시기라면, LCD 모니터가 천천히 시장에 나오기 시작한 시기이죠. 이때 LCD 모니터는 첨단 기술이 적용된 고급 제품이었지만 여전히 불완전한 제품이었으며, CRT에 비교하여 성능상으로 열악한 부분이 꽤 있었습니다. 반응 속도는 느렸고, 콘트라스트 비율이 나빴으며, 시야각은 형편없는 주제게 비쌌습니다. 그래서, 방송업계는 여전히 CRT 모니터를 고수하였지만 방송 모니터링용으로 사용하자니 기존의 CRT 모니터도 문제가 아주 없던 건 아니었습니다.
특히, 필드용 모니터는 쉽게 이동할 수 있어야 하기 때문에 크기가 크지 않아야 합니다. 그래서 작게 만들자니, 기존의 CRT 방식은 작동 방식의 특성상 스크린 사이즈가 작아질수록 도트가 튀어 컬러 해상도가 감소하고, 주변의 빛에 의해 스크린이 잘 보이지 않게 되는 경우가 다반사였습니다. LCCS 기술을 적용하면, 도트가 전혀 튀지 않고 이 단점들을 크게 개선할 수 있는 제품이었지만, 이 외의 용도로 사용하기에는 메리트가 크지 않았습니다. 따라서, LCCS 모니터는 오직 필드용으로만 생산되었습니다.
그런데, LCCS는 사실 JVC가 원조가 아닙니다.
그 기원은, 전자 측정기기 전문회사인 80년대의 Tektronix로 거슬러 올라갑니다. 1983년, Tektronix는 'NuColor' 라는 이름의 기술에 대한 특허를 내며 자사의 측정 기기에 이 기술을 적용하였습니다. 아날로그 오실로스코프에 처음으로 적용되어 각각의 입력마다 다른 색을 나타내는 등 컬러 디스플레이 기능을 구현하는 데 사용되었습니다. 최초로 적용된 제품은 MODEL 5116이며, 이후 1990년에 출시된 TDS500 - TDS700 등의 DPO 모델에 대거 적용하게 됩니다.
(Model 5116)
텍트로닉스는 ""High-speed electro-optical light gate and field sequential full color display system incorporating same" 라는 이 특허를 미국에 US4635051A로 1983년에, 일본을 포함한 6개국에는 바로 다음해에 출원하였습니다.
그로부터 20년이 지난 2003년에 이 특허는 만료되었습니다. 그리고, 2019년 9월 21일 현재는 Application status is Expired 상태가 되어 법적 효력이 사라졌습니다. 이제 이걸 그대로 따라 만들어 팔아도 됩니다만, 이미 짱짱한 4K 액정들이 싸게 팔리는 지금 시점에 누가 만들려고 할까요.
2003년 이전에 위 상품을 생산한 JVC는 어떻게 이 기술을 쓰는가? 아마 Tek으로부터 특허 따내기에 성공했거나, 모니터 항목에는 특허를 등록하지 않을 가능성이 있습니다만 미지수입니다. 알려진 바가 전혀 없으며, 설명서에도 제시되어 있지 않네요. 제품 설명에는 JVC가 개발하였다고 되어 있으니, 같은 CRT와 LCD를 사용하지만 작동 방식이 미세하게 다른 기술일 듯 합니다.
1993년에 이 기술을 응용한 HMD 제작 설계가 나옵니다. "Color Helmet-Mounted Display Based on the Tektronix LC NuColor Shutter"
아마 독자분들께는 최애캐 죽이기로 기억에 남을 이 글 https://gigglehd.com/gg/lifetech/5356125 과, 매크로비전에 대해 다룬 https://gigglehd.com/gg/dica/5606574 이 글이 배경지식에 도움이 될 것으로 생각됩니다.
화면은 이 구멍들의 갯수와는 상관없이 그려집니다. 따라서 이들이 사전적 의미로써의 Pixel은 아니지만, 이미지의 해상도와 화질에 큰 영향을 끼치는 요인이라는 점은 달라지지 않습니다. 고화질 CRT들은 이 구멍들의 갯수가 많고 각 구멍의 사이즈가 작아 작은 글씨를 표시할 때도 볼만한 해상도를 유지할 수 있지만...
CRT는 기술의 한계에 부딪혀오고 있었습니다. CRT의 도트 피치를 0.2mm 이하로 줄이는 것은 어려웠으며 이는 특히 소형 제품군에서 치명적이었습니다. 대형 제품이야 멀리 떨어져서 관찰하니 상관없지만, 가까이서 관찰해야만 하는 소형 제품은 도트 피치의 영향을 크게 받을 수밖에 없으며 따라서 기존의 방식으로는 더 이상 소형 화면에서 고화질을 낼 수 없었습니다.
그러나, 3원색으로 컬러를 표시해야 할 필요가 없는 흑백 모니터에는 섀도 마스크가 필요 없습니다. 그래서, 아날로그 텔레비전에서 '도트' '픽셀' 이라는 개념은 전혀 존재하지 않으며 따라서 위의 문제에서 완전히 자유롭습니다.
Tek 개발진 중 한 명이 부랄을 탁! 치게 만드는 아이디어를 떠올립니다.
"흑백 CRT의 빛을 LCD 필터 컬러로 투과하게 하는 것은 어떨까?"
그리고, 그 아이디어의 산물이 바로 이것. (PAL 기준)
특징은 다음과 같습니다.
- 파이 셀은 LCD의 한 종류이지만 응답 속도가 굉장히 빠릅니다. (20-100ms 사이, 1.7ms의 지연)
- 스크린과 파이 셀은 동시에 연동되어 작동합니다.
- 파이 셀은 올바른 색깔만이 투과되도록 하는 역할을 합니다.
- 색 편광판은 서로 다른 색을 투과하는 판을 겹친 형태로 되어 있으며, 이후 존재하는 Linear Polarizer에 의해 편광이 진행되어 색을 표시합니다.
- 빨간색 대신 오렌지색(O)을 사용하며, 파란색(B)과 초록색(G)은 동일한 위치에서 편광됩니다.
- 오렌지색 프레임이 표시되는 동안, LCD는 작동하지 않습니다. 따라서 편광판에 의해 90도 돌아 Linear Polarizer를 통과합니다.
- 세로로 편광된 파랑 - 초록 빛 역시 90도 돌지만, 얘는 Linear Polarizer에서 통과되지 않고 흡수됩니다.
- 이후에는 파랑 - 초록 프레임이 표시되며, LCD가 작동합니다. 이후 1-2에서 진행된 과정과 동일한 원리로 작동합니다.
- 무한반복.
(참고: http://w140.com/Oscilloscopes_in_color_tek_5116.pdf)
NuColor의 복잡한 작동 원리와는 다르게, JVC 사는 자사의 기술을 이렇게 소개하고 있습니다. 대략적인 작동 원리는 동일하지만 위의 기술보다 훨씬 단순하게 보입니다. 일반 소비자들의 이해를 돕기 위해 간단하게 설명하였는지, 실제로 위와 같이 심플한 기술을 사용하는지에 대해서는 알려진 바가 없습니다.
이 방식을 사용하여 위의 영상을 1필드 분량으로 투사하기 위해서는,
하나의 필드에서 R 색만 추출한 뒤 흑백화 한 뒤 1/150초동안 표시합니다. 이 순간 동안에 LCD 셔터가 적당히 작동하여 빨간색만을 투과합니다. 이후 바로 다음 순간 동안 G 색을 흑백으로 표시하고, B 색을 표시함으로써 3원색을 전부 표시하여 비로소 하나의 완전한 컬러 필드가 완성됩니다.
텍트로닉스 제품의 경우 내부적으로 NTSC 방식을 사용하는지 흑백 CRT가 1초에 60개의 Field를 그립니다. 따라서 스크린을 180fps로 촬영하면 LCD가 빠르게 스위칭하여 3원색이 그대로 나타나는 모습을 볼 수 있습니다.
여기에 사용되는 LCD는 투명 LCD로써, 셔터글래스에 들어있는 LCD와 동일한 제품입니다. 전압을 걸어주면 빛을 차단하는 간단한 물건이죠.
이 LCD는 동시에 보안기와 편광판 역할을 하므로, 역광 환경에서도 쉽게 읽을 수 있습니다. JVC사 제품에서 주장하는 '필드에서 사용하기 쉽다' 는 주장을 뒷받침할 수 있는 또 다른 장점이 생긴 것이죠.
사실, 흑백 디스플레이에 컬러 필터를 씌워 색을 표시하는 것은 결코 새롭고 특별한 발명이 아닙니다. 아주 예전부터 존재했던 기술이었으며 요즘도 많은 곳에서 찾아볼 수 있죠. NTSC가 개발되기도 전에 흑백 TV 앞에 일정한 속도로 컬러 휠을 돌리고 특별하게 인코딩된 신호를 보냄으로써 기존 흑백 TV의 호환성을 유지하면서도 컬러 TV를 구현하려는 시도가 있었으나, 비싼 가격과 전기쎄 및 내구성 등으로 흑역사화 된 적이 있습니다.
그리고, 현재에도 꾸준히 사용되고 있는 기술 중에서 NuColor와 거의 동일한 원리로 작동하는 것이 바로 DLP입니다.
1987년에 Texas Instrument에서 개발한 기술로써, MEMS 기술에 있어서 최고봉이라고 할 수 있습니다.
이 조그만 칩 안에 '영상 출력기기가 지원하는 최대 해상도만큼의 나노 거울' 이 들어 있습니다. 이 거울의 각도를 미세하게 조절함으로써 각 픽셀의 밝기를 조절할 수 있습니다.
완전한 디지털 방식이므로 각 픽셀당 빛의 출력을 직접 조절하는 것은 불가능하고 PWM 방식으로 빠르게 거울을 스위치함으로써 밝기를 조절하게 됩니다.
DLP는 3판식과 단판식으로 나누어지는데, 3판식의 경우는 이 칩 하나가 R,G,B를 따로 담당하여 세 개의 색을 합치기 때문에 유채색 표현도 선명하지만 가격이 비싸 자주 사용되는 방식은 아니죠.
단판식은 DLP 칩 하나만을 사용하며, 이 경우 선명한 흑백 영상이 형성됩니다. 이 흑백 영상을 컬러화하기 위해, 컬러 휠을 일정한 속도로 빠르게 돌립니다.
컬러 휠은 크게 위와 유사한 형태이며, 일반적으로 R-G-B 배열이 반복됩니다. 그러나, 광원의 특성에 따른 색의 오차를 보정하기 위해 제조사마다 색 배체가 달라지기도 합니다. 위 사진은 S사 제품의 예시로, RGB의 비율이 미세하게 다르며 RGB에 해당하지 않는 색도 포함되어 있습니다.
DLP에서 나오는 빛이 반사된 뒤 컬러 휠을 거쳐 주사되므로, DLP의 색이 많이 나눠질수록 영상이 더 어두워진다는 단점이 있습니다.
이 점을 극복하겠다고 컬러 휠 색을 적게 배정할 경우, 시야의 이동에 따른 Rainbow Effect가 심하게 발생하여 눈에 피로감을 줄 가능성이 있습니다. 그래서 제조사별로 최적화하여 적당하게 조절합니다.
현재 일반 소비자용 제품 중에서 가장 쉽게 접할 수 있는 예가 프로젝터입니다. 명암비가 높고 유지보수 비용이 적게 든다는 장점이 있어 여전히 사용되고 있으며, 과거에는 DLP TV도 사용된 적이 있습니다. CRT는 일정 크기 이상으로 생산할 수 없으므로, DLP 방식을 대신 사용한 것이며 뒷판이 불룩하고 아래에 크게 뭔가가 나와있는 TV가 그것입니다만, 이건 꽁짜로 줘도 안 받는게 나아요.
각설하고, 그래서 실제 모니터는 어떻게 생겼는가?
Tektronix의 NuColor 디스플레이 근접촬영
JVC LCCS의 실제 화질
"엥? 그거 완전 개념 LCD 아니냐?"
그러나, 단점 역시 있었습니다.
- 아무래도 LCD가 사용되었다 보니, 시야각의 영향을 받습니다. 정방향에서 바라보지 않으면 색이 왜곡됩니다.
- 물빠진 색감. 편광판으로 빛을 차단하여 필터링하기 때문에 필연적으로 색이 선명하지 않습니다.
- 컬러 셔터의 속도가 고정되어 있으므로 50i / 60i 이외는 컬러 표시가 전혀 불가능함. 물론 다른 모니터들도 그렇기는 하지만...
- 잉여로움 / 가성비 문제. 복잡한 작동 구조 특성상 일반적인 CRT 모니터 크기로 만들면 가격이 수직상승합니다. 그렇다고 이걸 CRT 크기로 만들면 과연 효과적일까요? 어차피 큰 모니터에는 도트 피치가 중요하지 않은데 말이죠.
그리고 무엇보다도, 이 기술이 적용된 지 얼마 되지 않아 LCD의 기술이 빠르게 개선됩니다. 더 이상 이런 이상한 기술을 사용할 필요 없이, 그냥 LCD만으로도 충분히 만족할 수 있게 된 것이죠.
기술 자체가 'LCD의 단점과 CRT의 단점을 보완하자' 는 취지에서 개발되었기 때문에, 시간이 지나면서 시장에 쏟아져 나오는 성능좋고 저렴한 LCD를 냅두고 이 기술을 사용할 필요는 없었습니다. 기본적으로 CRT로 굴러가기 때문에 CRT의 모든 단점을 계승하고 있기도 하고.
그래서, 두 회사의 제품들을 제외하면 그 어떤 회사도 NuColor / LCCS 기술이 적용된 제품은 세상에 나오지 않았으며 끝내 도태되어 역사의 한 부분... 으로 남기에는 너무 마이너한 기술이 되어 버렸네요.
참고자료)
http://www.earlytelevision.org/jvc_tm-l450tu.html
https://onlinejpgtools.com/convert-jpg-to-grayscale
https://www.tek.com/datasheet/tds700d
https://patents.google.com/patent/US4635051A/en / https://patentimages.storage.googleapis.com/0e/0d/f9/0f14555aa25609/US4635051.pdf
https://hackaday.com/tag/nucolor/
https://forum.tek.com/viewtopic.php?t=136723
불펌시 CRT로 대가리 깹니다.
중국 LAOWA 렌즈 본사 사진
캐논 EOS RP 분해 사진
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