차세대 영상 기술 HDR, LG디스플레이의 올레드·LCD와 만나다 – LG 공식 블로그
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차세대 영상 기술 HDR, LG디스플레이의 올레드·LCD와 만나다

작성일2015-04-06

신준식 작품 1

신준식 작품 2

이 이미지들은 그림일까요? 사진일까요? 몽환적이고 비현실적인 위의 작품들은 신준식 사진작가가 HDR(High Dynamic Range) 기술을 적용하여 만들어낸 ‘그림 같은 사진’들입니다. HDR, 스마트폰 카메라 기능에서 언뜻 본 적 있는 것 같은 이 생소한 기술은 영상이 표현할 수 있는 빛의 범위를 실제 사람의 눈이 받아들일 수 있는 범위만큼 넓힌 기술인데요. 이 사진들은 빛의 밝기를 극대화하여 표현한 것입니다.

새로운 기술은 아니지만 최근 들어 HDR 기술이 디스플레이 시장에서 다시 주목 받고 있습니다. HDR 기술과 이 기술이 뜨고 있는 이유, 그리고 기술 개발을 위한 노력을 LG디스플레이 블로그(http://blog.lgdisplay.com/)에서 살펴보았습니다.

HDR이란 무엇일까?

가장 밝음부터 가장 어두움까지의 범위를 DR(Dynamic Range)이라고 합니다. 그 동안 디스플레이에 입력되는 영상소스는 SDR(Standard Dynamic Range)로, 밝음의 범위가 사람의 눈으로 보는 범위보다 좁아 실감나는 화질을 구현하는 데 한계가 있었습니다. HDR은 밝은 곳은 더 밝게, 어두운 곳은 더 어둡게 만들어 사람이 실제 눈으로 보는 것에 가깝게 밝기의 범위를 확장시키는 기술입니다.

HDR 적용 전후 Dynamic Range 비교HDR 적용 전후 Dynamic Range 비교

그렇다면 HDR을 적용한 영상은 실제로 보는 것에 얼마나 가까울까요? HDR을 적용한 디스플레이는 밝은 부분의 경우 금속의 광택이나 태양광의 가장 밝은 부분까지 표현돼 실제로 눈부심을 느낄 정도까지 표현이 가능합니다. 어두운 부분 역시 ‘블랙 속의 블랙’이라고 할 만큼 짙은 어둠을 표현해줍니다.

오래된 신기술, 왜 지금 HDR인가?

사실 HDR 기술은 새로 등장한 것이 아닌 원래 존재하던 기술입니다. 그렇다면 왜 지금 HDR이 각광 받고 있는 걸까요? 또렷한 화면을 구현하는 해상도만큼이나 시청자의 눈에 영향을 미치는 것이 바로 빛의 밝기입니다. 어두운 화면을 얼마나 더 어둡게, 밝은 부분을 얼마나 더 밝게 표현하는지에 따라 사람들은 전혀 다른 감성을 느끼게 됩니다. 휴대폰 사진을 보정할 때 콘트라스트에 약간만 변화를 줘도 훨씬 멋있는 사진이 되는 것처럼요.

이렇듯 영상 제작자들이 먼저 높은 화질과 만족도를 줄 수 있는 HDR에 집중하면서 향후 HDR을 이용한 콘텐츠가 주류가 될 가능성이 높아지고 있습니다. 3D처럼 좌/우 영상을 각각 따로 찍어야 하는 비용 부담이 없는 HDR은 영상 제작자들 입장에서 보면 가격대비 효용을 극대화할 수 있는 새로운 콘텐츠 영역이기 때문입니다.

Dolby Vision의 프로모션 영상

태초부터 디지털 시대의 서막까지 모닥불에서의 스토리는 영화가 되었고 이제는 디지털 엔터테인먼트의 미래가 되어 사람들을 끌어 들였습니다. 우리가 스토리를 전하는 방식은 진화해왔습니다. 초기에는 2D였으며 그 다음은 3D였습니다. 그 다음에는 화면의 화소 수와 표현 속도에 주목했습니다. 돌비는 넓어진 밝기 범위와 향상된 색상 영역이 결합한 픽셀을 통해 실제 우리가 보는 현실에 가까운 영상에서 더 나은 경험이 시작 된다고 믿습니다. 마이크 록웰 (수석 부사장 / 돌비 선행기술 그룹) : 돌비 비전은 차세대 영상 기술입니다. 다른 이들이 해상도에만 집중하고 있을 때 우리는 색상, 밝기, 명암의 범위 확장에 집중했습니다. 돌비 비전은 화면이 아닌 마치 창 밖을 바라보는 듯한 느낌을 가져다 줄 것입니다. 캐리 엠 (돌비 비전 소비자 테스트 참가자) : 눈부시게 화창한 날 들판을 걸으며 보는 그 느낌이 그대로 전해집니다. 보스턴 B. (돌비 비전 소비자 테스트 참가자) : 이것은 마치 실제 같습니다. 마리사 K. (돌비 비전 소비자 테스트 참가자) : 영상과 교감하는 느낌입니다. 문 밖으로 나가 걷고 있는 듯한 그 느낌을 그대로 받게 됩니다. 우리의 눈은 놀랍도록 방대한 범위의 빛을 흡수할 수 있습니다. 그러나 기존 방송 사양은 우리의 뛰어난 시각적 잠재력을 심하게 제한하고 있습니다. 마이크 록웰 (수석 부사장 / 돌비 선행기술 그룹) : 오늘날의 TV는 과거 브라운관 기술에 기반을 둔 방식으로 제한적인 영상을 전송받고 있습니다. 돌비의 기술은 이전에 그 누구도 경험하지 못했던 새로운 영상 경험을 가능케 합니다. 이것이 돌비의 컬러 사이언티스트들이 시각 엔터테인먼트 기술을 재정립하는 차세대 기술 개발에 대한 심도있는 연구를 멈출 수 없는 이유입니다. 돌비 비전으로 불은 불이 되고, 태양은 태양이 될 수 있습니다. 빛과 색은 실제의 모습으로 표현이 가능해졌습니다. 이전에는 경험하지 못 했던 ‘보는 것’만으로도 공감하게 됩니다. 나탈리에 A. (돌비 비전 소비자 테스트 참가자) : 실제로 스크린의 열기가 전달 되는 것 같았습니다. 캐리 엠 (돌비 비전 소비자 테스트 참가자) : 모든 것이 실제 살아 있는 것 같아 마치 그 화산 속에 있는 듯한 느낌을 받게 됩니다. 보는 것에서 느끼게 되고 느끼는 것에서 공감하게 됩니다. 나탈리에 A. (돌비 비전 소비자 테스트 참가자) : 이와 같은 색과 빛의 향연으로 당신은 스토리에 빠져들어 보다 사실적인 느낌을 받게 될 것입니다. 보스턴 B. (돌비 비전 소비자 테스트 참가자) : 색은 이야기의 중요한 요소가 됩니다. 돌비 비전 기술은 관련 산업 전반에 걸쳐 파급 효과를 불러 일으키며 스토리텔링이 필요한 이들에게 새로운 힘을 선사하고 있습니다. 롤랜드 블라이쿠 (수석 디렉터 / 돌비 방송영상 부문) : 돌비 비전을 경험한 감독들은 보고 있는 것을 믿기 어려워했고 그들 모두 ‘차기작들은 돌비 비전으로 제작하고 싶다’ 라고 답했습니다. 돌비 비전. 한계 없는 밝기, 제한 없는 색상. 돌비는 암흑기를 떠나 보내고 빛의 시대를 열어 갑니다.

HDR의 급부상은 디스플레이 업계에도 반가운 소식이 되고 있는데요. Full HD, UHD라는 초고해상도까지 등장한 지금, HDR이 시청자의 눈을 한번 더 사로잡을 진보한 화질 기술의 키워드가 되어 실감영상 경쟁에 돌파구가 될 수 있기 때문입니다. 이전까지 디스플레이들이 색조나 해상도를 높이는 것, 두께를 얇게 하는 경쟁을 벌여왔다면, 이제는 실제와 유사하고 더욱 실감나는 화면을 구현하는 HDR 기술이 새로운 트렌드가 될 것으로 내다보고 있습니다.

과연 HDR은 한 차원 높은 화질로 소비자들을 만족시킬 수 있을까요? 또한 포화된 화질 경쟁에 놓인 디스플레이 시장의 새로운 트렌드로 자리잡을 수 있을까요? HDR의 등장이 가져올 새로운 영상에 대해 영상업계의 기대는 나날이 커지고 있습니다. 또한 HD 화면을 보다가 SD 화면을 보는 게 만족스럽지 못하듯, HDR 화질에 익숙해지면 SDR(Standard Dynamic Range) 화질로 회귀하기가 어려울 것이라고 전망합니다.

이런 기대감을 반영하듯 현재 HDR 기술 개발은 촬영 인프라는 물론, 압축, 전송, TV SOC을 담당하는 세트기술 업체까지 영상 제작 전 과정에 걸쳐 활발하게 진행되고 있는데요. LG디스플레이 역시 가장 앞서 HDR을 적용한 실감 영상 구현 작업에 박차를 가하고 있습니다. 현재 LG디스플레이는 일반 영상을 HDR 영상처럼 표현할 수 있도록 자체적인 분석을 통해 어두운 부분을 더 어둡게, 밝은 곳을 더 밝게 하는 알고리즘을 올레드와 LCD, 각각의 디스플레이에 맞춰 개발하고 있습니다. 또한 미국 헐리우드 영화사들과의 협업으로 HDR 콘텐츠에 따른 요구를 분석하고, 이에 맞는 최적의 HDR 디스플레이가 나아갈 방향을 제시하고 있습니다.

‘Already HDR’이라고 불리는 올레드

올레드는 ‘완벽한 블랙’의 구현이 가능한 유일한 디스플레이입니다. 완벽한 블랙부터 세부 계조 표현이 가능하기에 태생적으로 HDR을 갖추고 있다고 봐야 합니다. 그런데도 올레드가 HDR을 만나면 화질에 어떤 강점을 보여줄 수 있을까요?

올레드 HDR올레드는 각각의 화소를 on/off 함으로써 완벽한 블랙 표현이 가능하다

백라이트 없이 스스로 발광하는 소자를 사용하는 올레드는 하나하나의 픽셀에 대한 빛을 조절할 수 있기 때문에 픽셀 간 왜곡 없이, 완벽한 블랙을 만들 수 있습니다. 이에 따라 올레드는 어두운 방 한쪽에 켜진 밝은 촛불, 그리고 그 앞의 어두컴컴한 사람의 표정, 깜깜한 밤 하늘의 폭죽 등 미세한 블랙 표현과 밝은 빛을 완벽하게 표현할 수 있는데요. 그렇게 되면 CR(명암비)가 높게 되고 자연히 HDR을 표현하는 데 유리하게 됩니다.

일반 TV와 기존 올레드, HDR 적용 후의 밝기 범위 차이일반 TV와 기존 올레드, HDR 적용 후의 밝기 범위 차이

이런 점을 먼저 파악한 외국 기자들은 올레드에  ‘이미 HDR이 된 상태’라는 의미로 ‘already HDR’이라는 별칭을 붙이기도 했습니다.LG디스플레이는 여기에 추가적인 알고리즘을 더하여 픽셀 피크(peak) 휘도를 높이고, 표현할 수 있는 빛의 범위를 확장시키는 기술을 검토하고 있습니다.

2015 CES에서 소개된 HDR 올레드

2015 CES에서 섹션 에디터 David Katzmaier가 HDR 올레드에 대해 소개하고 있다.  그는 다음 세대 HDR 올레드 TV의 전반적인 화질 향상에 대해 언급했다. 

이렇게 개발된 올레드 HDR 기술은 2015 CES 에서 소개되어 헐리우드 스튜디오와 고객들로부터 큰 찬사를 받았습니다.

LCD의 약점 커버하는 M 와 로컬 디밍

지금까지 HDR 시장은 비용 문제와 더불어 HDR로 찍힌 영상 자체가 없다는 이유로 외면 받아왔습니다. 하지만 지금은 다릅니다. 디스플레이 업체들은 너도나도 발 빠르게 HDR 영상 기술 개발에 들어갔습니다. LG디스플레이는 올레드뿐만 아니라 LCD 패널에도 적합한 HDR을 구현하기 위해 박차를 가하고 있는데요. 휘도를 높이면서도 전력 소모를 줄여주는 M+, 선명한 블랙을 표현하는데 유용한 로컬 디밍 등 LG디스플레이만의 우수한 기술을 접목하여, 한차원 높은 HDR의 구현이 가능해졌습니다.

M  기술 적용 전후 차이M+ 기술을 전용한 전후 휘도 차이

빛의 범위를 넓히는 HDR 기술은 더 밝은 부분을 표현하기 위해 더 높은 휘도를 필요로 합니다. LCD에 휘도를 높이기 위해 램프를 더 넣게 되는데, 이 때 ‘밝음’을 표현하면서도 소비전력을 최소화할 수 있는 연구가 선행되어야 하는데요. 이 소비전력 문제를 해결한 것이 LG디스플레이의 M+기술입니다.

빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)으로 구성하는 RGB 구조에 화이트(W) 픽셀을 추가함으로써 패널 투과율을 향상시킨 M+는 더 적은 전력으로 더 밝은 화면을 표현합니다. 그렇게 되면 기존의 RGB 패턴에 HDR 기술을 적용한 것에 비해 고휘도는 확보하면서 비용은 줄일 수 있게 됩니다.

일반 TV와 기존 LCD, HDR 적용 후의 밝기 범위 차이일반 TV와 기존 LCD, HDR 적용 후의 밝기 범위 차이

어두움을 ‘더 어둡게’ 표현하기 위해 LG디스플레이는 LCD 패널에 ‘로컬 디밍(Local Dimming) 기술을 접목시켰습니다. 로컬 디밍 기술을 적용하면 백라이트를 부분적으로 구동함으로써 영상의 어두운 부분을 더 어둡게 할 수 있고, 이로써 블랙을 좀 더 정확하고 섬세하게 나타낼 수 있습니다.

여기에 영상의 어떤 부분에 휘도를 넣어 밝게 할 것인가 하는 알고리즘적인 접근을 더하면, 밝은 부분은 더 밝게, 어두운 부분은 더 어둡게 표현하게 되어 전체적인 명암비를 높일 수 있습니다. 이처럼 HDR은 화질 개선을 위한 LG디스플레이의 기술이 모두 적용된 만큼, 차별화된 화질, 실감나는 영상을 만들어낼 것으로 기대를 모으고 있습니다.

여기까지 HDR 기술과 이 기술을 올레드와 LCD에 담기 위한 LG디스플레이의 노력을 소개해 드렸는데요. 여전히 진행 중인 기술이고 해결해야 할 과제도 많지만 LG디스플레이의 다양한 분야의 인력들이 더 좋은 디스플레이를 만들기 위해 한마음이 되어 노력하고 있습니다. 매번 깜짝 놀랄 기술을 선보이며 업계 선두를 지켜온 LG디스플레이. 이들의 저력을 다시 한번 기대하셔도 좋을 듯합니다.

*이 컨텐츠는 소셜 LG디스플레이(http://blog.lgdisplay.com/) 포스트의 내용을 재구성했습니다.

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