[특집]  OLED, 그리고 HDR - 파주 LG Display 방문기 (1)

특집 | OLED, 그리고 HDR - 파주 LG Display 방문기 (1) 

글 : DP 컨텐츠팀 (contents@dvdprime.com)

OLED의 특성

OLED 디스플레이 기기에 대한 관심이 높아지고 있다. 화질에 대한 입소문이 워낙 좋은 데다가 퀀텀닷과 같은 최고급 LCD 패널을 사용한 제품들과의 가격 차이가 현저하게 줄어들었기 때문에, 고급 TV를 구매할 예정인 소비자들에게는 이제 OLED TV는 구매 사정권 내에 놓이게 되었다고 볼 수 있다.

▲ 좌 : LCD 패널 구조 / 우 : OLED 구조

OLED 패널의 소자는 LCD 소자와는 다르게 색을 자체 발광하는 특성이 있다. LCD 패널은 자발광하지 않기 때문에 LCD 패널 뒤에서 광원을 만들어 패널 사이로 투과시켜야 하고, 이 때문에 빛을 내는 BLU (Back Light Unit)를 기본으로 컬러 필터, 편광판 등 몇 겹으로 구성이 될 수밖에 없으며 투과형이므로 완벽한 블랙의 구현이 어렵다. 이에 반해 OLED는 패널 한 장만 있으면 끝이다.

패널 한장으로 구성되기 때문에 두께를 얇게 만들 수 있고 이런 특성을 응용하면 발전 가능성이 무한하다. 색이 발현되지 않으면 투명하므로 투명 디스플레이로도 제작이 가능하다. OLED 패널은 얇게 제작이 가능하고 TFT 재질을 유리대신 얇은 플라스틱 계열의 재질 (폴리이미드)을 사용하면 휠 수 있기 때문에, 커브드형은 물론이고 궁극적으로 롤형도 가능하다. 가볍기 때문에 자석을 이용하여 벽에 붙일 수도 있으며, 상상의 나래를 좀더 펴자면 거실의 한 벽면을 벽지 대신에 OLED 패널로 도배하여 SF 영화와 같이 언제든 푸른 잔디나 아름다운 해변을 거실에서 볼 수도 있을 것이다. 한 마디로 자발광 소자를 이용한 패널이 아니라면 디스플레이의 미래에 대해서 더 이상 논하기 어려울 정도다.

DP와 같은 홈시어터 매니아들 입장에서 OLED 패널의 최대 장점은 바로 완전한 블랙의 구현이다. 패널 후면을 가리고 자발광 소자의 불을 끄면 암전 상태가 되므로 거의 완벽에 가까운 블랙이 구현된다. 디스플레이 기기의 명암비는 구현되는 제일 낮은 수준의 블랙을 기준으로 하기에 이론적으로 따지면 OLED는 거의 무한대에 가까운 명암비를 구현하고 있다. OLED TV를 실제 보면 '그 동안 우리가 보아왔던 블랙은 그냥 짙은 회색이었구나' 하는 생각을 들게 하며  소위 말하는 영상의 펀치력이 어떤 것인지 실감할 수 있다.

전문가를 초청하다

OLED가 미래의 디스플레이라는 점은 분명해 보이지만 상대적으로 저렴한 LCD 제품들과의 경쟁에서 끝까지 살아남아야 한다. 가격 이상으로 품질을 중시하는 매니아들 입장에서야 OLED를 선호하겠지만 일반인들은 어떻게 느끼고 반응할지 역시 대단히 중요하다. 현재 OLED 패널은 전세계적으로 LG Display가 유일하게 생산하고 있기 때문에  LG전자는 여러 목소리에 귀를 기울일 수밖에 없는데, 이런 취지에서 LG전자는 박연선 색채학회 명예회장, 송민훈 모토 디자인 대표 등 디자인과 색채학의 전문가 5인을 초청하여 OLED의 특성과 장점을 소개하고 이들로부터 여러 조언을 듣는 자리를 마련했다. DP도 참관인 자격으로 동행하여 이날 행사를 스케치하여 여러분들께 알려드리고자 한다.

당일 전문가 초청 설명회는 총 3가지 프로그램으로 진행되었는데 1부는 OLED 소개, 2부는 쇼룸 견학, 3부는 제품 비교 시연 및 컨셉 제품 소개로 구성되었다. DP에서는 OLED의 특징 소개에 기술적인 부연까지 첨부하여 좀 더 자세하게 다루고, 투어 성격인 2부, 3부는 별도로 나눠서 다루고자 한다. 

2016 LG OLED TV

아래 자료는 당일 소개한 LG전자의 내부 PT 자료를 바탕으로 정리한 것인데 원칙적으로 외부 공개가 불가하기 때문에 전체가 아닌 일부만 발췌하여 소개하는 점에 대해 여러분들께 정중하게 양해를 구한다. 

우선 가장 먼저 2015/2016 LG OLED TV의 스펙 및 생산량과 관련한 설명이 있었다. 여러 가지 데이터를 볼 수 있었는데 2016년형 LG OLED TV에서 가장 눈에 띄는 두 가지는 최대 밝기와 HDR 지원이다. OLED는 블렉 레벨이 거의 0에 가까우므로 최대 밝기가 540니트* 이상이면 'Ultra HD Premium'** 기준을 만족하는데 스펙 상으로 800니트를 제시하고 있다. 

(* 니트/nits : 단위 면적당 촛불 하나가 내는 밝기로 cd/m²으로도 표시된다.)

(** Ultra HD Premium 에 관해서는 아래에서 별도로 설명)

올해 최대 이슈인 HDR도 지원하는데 현재 발표된 스펙을 보면 LG의 모델 중에는 HDR10 뿐만 아니라 돌비 비젼을 동시에 지원한다고 되어 있다.* 새로 구매할 TV가 HDR을 지원하지 않는다면 다시 한번 생각해 보라고 권하고 싶다.

(* HDR에 대해서는 아래에서 별도로 설명)

OLED vs LCD

LCD과 색재현율을 비교한 것인데 이 부분도 주목할만하다. 색재현율이 디스플레이의 전체 밝기에 따라서 차이가 난다는 것인데 충분히 설득력이 있다. LCD의 경우 어두운 장면에서는 백라이트 자체의 밝기를 떨어뜨려 밝기를 제어하기도 하는데 이때는 영상의 컬러가 흐려지는 현상이 나타날 수 있다. (위 그래프에서 구체적 수치는 내부 자료라 삭제 처리됨)

반면 OLED는 자발광하는 특성이 있으므로 위 예시와 같이 일정한 밝기를 유지한다. 따라서 별이 찬란한 밤하늘이나 성운을 중심으로 한 우주, 반짝이는 광원이 포함된 어두운 실내 장면을 표현하는데 있어서는 OLED가 탁월한 성능을 나타낸다.

HDR

HDR 즉 High Dynamic Range는 한 화면에서 밝은 부분은 최대한 밝게, 어두운 부분은 최대한 어둡게 표현하는 기술이다. 그래프를 보면 현재 OLED는 블랙에서는 거의 완벽에 가깝지만 최대 밝기에서는 LCD보다 다소 떨어진다. 

하지만 OLED는 앞으로 최대 밝기를 높여나갈 수 있는 가능성이 높고, LCD는 블랙 레벨을 낮추는데 한계가 있다는 사실이 가장 큰 차이점이다. 또한 인간의 눈은 고휘도 구간보다 저휘도 구간에서 민감하게 반응한다는 특성이 있기 때문에 저휘도 구간의 표현에 장점이 있는 OLED가 HDR에서 유리한 측면이 있다.

추가 설명

위와 같이 간단하게 설명을 했지만 일반인들이 제대로 이해하기는 쉽지 않은 스펙과 그래프다. 그래서 아래와 같이 부연 설명을 붙인다. 특히 올해 4K 혹은 UHD라 불리고 있는 TV를 구매할 분들은 아래 내용을 한번쯤 읽어볼 필요가 있으리라 생각한다. 

4K vs UHD

그 동안 TV 시장은 1920*1080 해상도의 풀HD 시대까지는 해상도를 위주로 발전이 되어왔고 여기에 3D나 스마트와 같은 부가적인 양념이 추가되었을 뿐이었다. 하지만 다가오는 4K 시대는 단순히 기술적으로 해상도만 높이는 경쟁의 시대가 아니다. 

4K이든 8K이든지 간에 - 특수한 상황이 아니라면 - 우리는 그 화면이 현실이 아니라 TV에 나타난 영상이라는 것을 대부분 인지할 수 있다. 해상도를 아무리 높이더라도 영상을 통한 현실성의 재현에는 한계가 있다. 왜 그럴까?

그 이유는 색재현력과 영상의 다이나믹 레인지 즉 빛의 밝고 어두움에 대한 표현력이 충분하지 않기 때문이다. 풀HD 시대까지의 TV는 1930년대에 확립된 이론을 바탕으로 한 색영역과 다이나믹 레인지를 그대로 사용했다고 해도 과언이 아니다. 

▲ UHD는 단순히 해상도만 높아지는 것이 아니라 색영역이 확대(Rec. 709 --> Rec. 2020​)되고 다이나믹 레인지가 넓어진다. 

높은 해상도에 더해 Wide Color Gamut과 High Dynamic Range가 동시에 접목된 영상을 접해본 분들이 많지 않기 때문에 해상도 외에 언급한 두 가지 요소가 얼마나 영상 표현력에 큰 차이를 가지고 올 수 있는지에 대해 갸우뚱하는 분들이 대부분일 것이라 생각한다.

작년 돌비사에서 영상관련 전문가를 대상으로 위 세 가지 요소가 적용된 영상을 데모로 보여준 적이 있었다. (이를 '돌비 비젼'이라고 하는데 아래에서 다시 설명할 예정이다) 현실과 혼동할 정도까지는 아니었지만 분명 우리가 지금까지 TV 화면을 통해서 보던 영상과는 한 차원 다른 세계를 접할 수 있었다. 

* http://www.dolby.com/us/en/brands/dolby-vision.html​

당일 본 영상은 아니지만 대략 위와 같이 돌비 비젼이 적용된 화면과 그렇지 않은 화면의 비교였다. 

아직도 기억나는 장면은 저녁 무렵 경비행기 날개에 반사된 햇빛이다. 역광에서 표현되는 경비행기 몸체 그림자 부분의 계조도 인상적이었지만 날개에 반사된 햇빛은 지금까지 TV에서는 한번도 접해본 적이 없는 선명하고 현실적인 재현이었다. 분명 고해상도만으로는 표현할 수 있는 영역이 아니었다.  

위와 같은 영상을 실제로 보기 위해서는 다음과 같은 준비물이 필요하다. 

- HDR이 적용된 소스 (플레이어 혹은 방송)

- HDR을 지원하는 UHD 디스플레이

그렇다면 어떤 기준에 의해서 소스와 디스플레이, 방송 (OTT 등 인터넷 스트리밍 포함)이 제작되어야 하는 것일까? (엄밀히 말해  CIE, Color Space, Rec. 709, Rec. 2020, DCI P3, SMPTE ST 2084 EOTF 등에 대한 이해가 필요하지만 이 글의 범위를 넘어서고 있는 기술적 스펙들이므로 생략하기로 한다.) 

UHD 컨텐츠를 가정에서 제대로 구현할 수 있도록 표준을 정하기 위해 만들어진 UHD Alliance라는 단체가 있다. 

UHD Alliance는 2016 CES가 개최되기 바로 직전에 이른바 'Ultra HD Premium'이라는 인증 규격을 발표했는데 - 그 실효성이 아직 제대로 검증되지는 않았지만 - 여기서 제안한 규격을 따르면 앞으로 UHD를 가정에서 즐기는데 있어 최소한의 조건은 만족할 수 있다. UHD Alliance에는 돌비, LG전자, 넷플릭스, 파나소닉, 삼성전자, 샤프, 소니 비쥬얼, 테크니컬러, 월트디즈니, 20세기폭스, 워너브라더스 등이 회원사로 참여하고 있다.

위 표에서는 디스플레이 기기와 함께 컨텐츠와 컨텐츠 분배 (방송, 넷플릭스와 같은 OTT 등)에 대한 기준까지 포함해 제시하고 있지만 이 글에서는 디스플레이 기기에 집중하여 살펴보기로 한다. 

- 해상도는 3840*2160이며 (위 PT 자료의 3820은 오타로 추정) 

- Color Bit Depth는 10비트로 규정했다. 이론적으로 보자면 기존 HDTV에서는 8비트라 2의 8승인 256, 여기에 RGB 3원색을 곱해 약 천6백만 컬러를 표현했다면, 10비트에서는 2의 10승인 1024에 RGB 컬러로 조합해 약 10억 가지의 컬러를 표현할 수 있다. 

- 색영역(Color Space)은 BT. 2020 (= Rec. 2020)을 기준으로 하고 있으며 디스플레이 기기의 경우 P3 (= DCI P3) 영역의 최소 90% 이상을 표현할 수 있어야 한다. P3는 전미영화산업협회에서 정한 디지털 프로젝터의 색영역이다.

- High Dynamic Range는 SMPTE ST 2084 EOTF (일종의 감마에 대한 새로운 표준)을 기반으로 두 가지 기준을 제안하고 있다.

(옵션 1) 밝기가 최대 1000니트(nits) 이상, 블랙 레벨은 0.05니트 이하

(옵션 2) 밝기가 최대 540니트 이상, 블랙 레벨은 0.0005니트 이하

왜 두 가지 기준이냐 하면 옵션 1은 LED LCD 진영의 기준이며, 옵션 2는 OLED 진영의 기준이다. 위 기준으로는 2015년에 발표된 그 어떤 UHD TV도 'Ultra HD Premium' 인증을 획득할 수 없다. 'Ultra HD Premium' 인증은 대부분 2016년에 출시되는 제품부터 적용될 것이다. (인증을 받지 못했다고 해서 HDR을 즐길 수 없다는 의미는 아니다. 가지고 있는 TV가 HDR을 지원하는지는 각 제조사에 확인해봐야 한다. 이 글 하단에 있는 리스트를 참고하시라.)

HDR의 중요성

디지털 카메라에 관심이 있던 사람들이라면 HDR이란 용어에 진작에 익숙해져 있을 것이고, 디카가 아니라도 스마트폰의 촬영 기능에서도 지원하고 있는 기능이다. 디지털 카메라의 HDR부터 언급하는 이유는 결론적으로 말해 UHD에서 말하는 HDR의 성능과는 크게 차이가 나기 때문이다. 디카에서 경험한 HDR과 UHD의 HDR은 하늘과 땅 차이다.

[참고] 디지털 카메라와 HDR

* http://www.howtostartphotography.com/how-to-combine-exposures-with-raw-file-video-tutorial/​

카메라는 사람의 눈과 비슷한 구조를 가졌지만 이미지를 저장하고 표현하는데 있어서의 다이나믹 레인지는 훨씬 떨어진다. 디지털 카메라가 표현할 수 있는 다이나믹 레인지의 한계를 넘는 상황은 대표적으로 역광에서 촬영한 사진이다.

카메라는 모든 밝기의 단계를 표현하지 못하므로 피사체를 촬영하기 위한 최적의 밝기를 결정해야 하며 이 과정을 측광이라고 부른다. 이를 통해 대부분의 이미지는 인간이 감상하기 적당한 밝기로 처리가 되는데 위 이미지와 같이 역광인 경우, 즉 배경과 피사체의 밝기가 크게 차이 나는 경우엔 - 디지털 카메라가 기록할 수 있는 다이나믹 레인지에는 한계가 있으므로 - 측광 영역 혹은 방식을 선택해야만 한다.

어두운 부분 즉 사람의 얼굴을 기준으로 측광을 하게 되면 얼굴이 사진에서 밝게 표현되어야 하므로 전체적으로 사진의 밝기가 높아진다. 얼굴은 잘 보이지만 배경이 되는 푸른 하늘이나 바다는 본래의 색을 잃고 허옇게 표시된다. 반대로 밝은 하늘이나 바다를 배경으로 하면 카메라는 셔터 스피드를 빨리 하던지 아니면 조리개를 조이든지 하는 방법으로 카메라 렌즈로 들어오는 빛을 제어하게 되는데 이때는 사람의 얼굴이 시커멓게 표현이 된다.

측광 방식에 따라 배경이나 사람의 얼굴 중 하나를 포기해야 하는 상황이 발생하는데, 카메라 내장 이미지 프로세서가 발전하면서 즉각 이미지를 처리할 수 있게 되었고 이 기술이 바로 HDR이다. 원리는 간단하다. 측광을 달리한 2장 이상의 사진을 바로 합성하면 된다. 하지만 솔직히 결과물은 솔직히 신통하지 않다. 빛에 대한 표현력이 좋아지는 대신에 컬러가 뒤틀려 있는 경우가 많다. 

UHD에서의 HDR

UHD 시대의 HDR은 사진 합성이 아니라 문자 그대로 영상의 다이나믹 레인지를 넓혀서 보여주는 기술이다. 단적으로 HDR의 중요성을 강조하는 발언을 세계적인 컨텐츠 업체인 넷플릭스로부터 들을 수 있다.

“I think HDR is more visibly different than 4K.” (HDR이 4K보다 시각적으로 더 큰 차별성을 갖는다 - by Neil Hunt, chief product officer at Netflix) 

* http://www.digitaltrends.com/home-theater/netflix-plans-for-hdr-dolby-vision-interview-neil-hunt/

쉽게 말해 영상 품질에 있어 HDR > 4K 라는 의미다. 이렇게 생각만 하고 있는 것이 아니라 이미 2016년도 HDR 컨텐츠를 공급할 계획을 발표했다. (마르코 폴로, 데어 데블 등 / 다만 2016년 4월 1일 현재까지 HDR이 적용되어 있는 것으로 보이지는 않는다)

* http://www.engadget.com/2016/02/23/netflix-hdr-original-content-mwc-2016

* http://4k.com/news/netflix-is-also-releasing-a-massive-new-pile-of-4k-ultra-hd-content-for-2016-including-select-series-in-hdr-12712

문제는 위 'Ultra HD Premium' 인증에서 보듯이 각 단계 별로 일정한 조건을 만족시켜야 최종적으로 가정에서 HDR을 즐길 수 있다는 것이다. 게다가 UHD TV가 HDR을 지원한다고 해서 HDR 소스를 바로 즐길 수 있는 것도 아니다. HDR도 아직 표준화가 완료된 상태가 아니라서 각 HDR 시스템이 경쟁 중이며, 대표적인 브랜드에는 'HDR 10', '돌비 비젼' 등이 있다.

HDR 10

DP에 익숙한 블루레이 연합 즉 BDA에서 채택한 HDR 시스템으로 4K Ultra HD 블루레이에서 지원된다. 10비트 Color Depth에 Rec.2020 색영역, SMPTE 2084 EOTF, SMPTE 2086 등의 표준을 따르며 최대 1000니트의 밝기를 지원한다. 20세기폭스, 아마존 인스턴트 비디오, 넷플릭스가 적극적이며 UHD Alliance에서도 지지하고 있다.

돌비 비전 (Dolby Vision)

돌비 서라운드와 돌비 애트모스의 그 돌비가 맞다. 사운드뿐만 아니라 비디오 분야에 있어서도 새로운 표준을 만들기 위해 노력하고 있다. (4K Ultra HD 블루레이에서도 공식 스펙으로 포함되어 있다) 12비트에 이론적으로는 최대 밝기 10000니트를 지원한다. 하지만 돌비가 가지고 있는 특수 모니터로도 재현할 수 있는 최대 밝기가 4000니트에 불과하고 10000니트의 밝기가 실제 구현될 경우 시각에 손상을 줄 우려도 있기 때문에 최대 밝기에 대해서는 좀 더 연구가 필요해 보인다. 워너브라더스와 소니픽쳐스가 적극적이다.

이 밖에 데크니컬러/필립스 HDR, BBC/NHK HDR 시스템 등이 있으나 당분간은 HDR하면 HDR 10과 돌비 비전을 떠올리면 될 것이다. 현재 2016년도 생산되어 HDR을 지원한다는 의미는 대부분 HDR 10을 의미하지만 LG OLED 같은 경우는 HDR 10과 동시에 돌비 비전도 지원한다. 

▼ 참고로 아래는 HDR 10 / Dolby Vision 지원 기기 목록이다. (출처 : Scott Wilkinson, AVS Forum / http://bbakka.egloos.com/5294576)

결 론

현재 4K = UHD의 의미로 혼용되고 있지만, 위에서 살펴보았 듯이, 차세대 TV는 4K, 8K라는 해상도를 넘어  더 넓은 색영역을 지원해야 하고 하이 다이나믹 레인지에 대응해야 한다. 이런 의미에서 각 제조사들도 4K보다는 UHD 혹은 4K UHD라는 용어를 사용할 것으로 전망되며 소비자들도 단순히 해상도에만 집중할 것이 아니라 디스플레이 기기가 HDR과 같이 향후 변화될 트렌드에 제대로 대응해 나가고 있는지 유심히 살펴봐야 할 것이다.