코로나19 팬데믹 시대를 경험하면서, 디스플레이는 단순히 영상 정보를 획득하는 단순한 도구가 아닌 일상의 생활에 도움을 주는 필수적인 기기로 진화하고 있습니다. 비대면(Untact) 문화가 인류의 또 다른 생활 양식으로 자리 잡음으로써 비즈니스 회의, 교육, 스포츠, 공연, 전시 등 모든 분야에서 우리는 디스플레이를 통해 이를 경험할 수 있게 되었습니다. 이처럼 현재 디스플레이 산업의 화두는 인간의 눈이 사물을 인식하는 것과 동일하게 세밀하고 정확한 영상 정보를 제공하는 ‘초고화질 디스플레이의 구현’이며, 이에 대한 기술 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 그러므로, 본 연재에서는 인간의 눈에 맞게 진화해온 디스플레이 기술 개발 과정에 대해서 살펴보고자 합니다.
인간의 눈이 인식하는 것과 동일한 영상을 표현하는 디스플레이는 무엇보다 깨끗하고 선명한 화질, 정확하고 풍부한 색감을 가져야 하며, 이를 위해서는 해상도, 명암비, 색감에 대한 요소 기술의 발전이 수반되어야 합니다.
해상도는 디스플레이 화면 표현의 세밀함 정도를 뜻하며, 화면의 가로, 세로에 배치된 픽셀의 개수로 표현됩니다. 즉, 해상도가 높을수록 같은 이미지를 더 정교하고 생생하게 표현할 수 있습니다. TV를 예로 들면, 4K UHD TV는 3840 x 2160 해상도, 8K UHD TV는 7680 x 4320 해상도를 의미합니다. 2020년 도쿄 올림픽에서는 8K 영상을 송출하였고, 최근 유튜브에도 8K 동영상 서비스 지원을 시작하고 있는 것처럼, 고해상도, 고화질 영상에 대한 수요는 더욱 증가할 것으로 예상됩니다.
인간의 눈은 두 개의 점의 간격이 일정 수준 이하로 가까워지면, 이를 식별하지 못하고 하나의 점으로 인식하게 됩니다. 개인마다 시력 차이가 있겠지만 디스플레이 사용 거리에 따른 최대 화소 밀도를 추정해 보면, 현재 사용 중인 TV나 스마트폰의 해상도는 인간 눈으로 식별 가능한 한계 수준을 넘어섰다고 보기도 합니다. 이와 같은 이유로 과거에는 디스플레이의 화질을 논할 때 주로 해상도를 전면에 강조했다면, 최근에는 해상도는 기본 스펙이며, 디스플레이의 명암비와 색의 표현력을 극대화할 수 있는 기술의 장점을 부각하고 있습니다.
실제 영상과 같은 초고화질 화면을 구현하기 위한 다른 필요 요소는 높은 수준의 명암비입니다. 디스플레이 화면의 명암비가 낮으면 사물이 실제 본연의 색으로 보이기 어렵습니다.
이러한 현상은 카메라나 핸드폰으로 찍은 사진에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 우리의 생활은 강한 빛이 내리쬐는 대낮의 야외, 밝은 조명이 있는 실내, 어두운 밤의 거리 등 밝고, 어두운 범위가 매우 큰 환경에 놓여 있습니다. 사람의 눈은 밝음과 어두움을 폭넓게 인식할 수 있으나 카메라는 이를 한 번에 인식할 수 있는 영역에 대한 제한이 있어 명암의 대비가 큰 장소에서 촬영한 사진은 우리가 본 것과는 다르게 찍혀 있는 것을 한 번쯤 경험해 봤을 것입니다.
디스플레이에서도 현실과 같은 사실적인 화면을 구성하기 위한 방법으로 높은 명암비를 확보하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있습니다. 높은 명암비를 구현하기 위해서는 무엇보다 ‘완벽한 블랙’을 만들 수 있어야 하며, 완벽한 블랙을 구현할 수 있는 OLED가 큰 장점을 가집니다.
최근 중국이 LCD 산업을 기반으로 세계 디스플레이 시장에서 정상에 올랐으며 차세대 디스플레이인 OLED에서도 공격적인 투자를 통해 국내 디스플레이 산업을 위협하고 있습니다. LCD TV는 광원 역할을 하는 백라이트가 항상 켜진 상태에서 액정을 통해 빛을 조절하지만 구조상 화면에서 미세한 빛이 새어 나오는 것을 막을 수 없기 때문에 완벽한 블랙을 만들지 못합니다. 하지만, OLED는 외부의 광원을 통해서가 아닌 소자 스스로 발광하는 디스플레이로 블랙을 구현하기 위해 해당하는 픽셀을 단순히 끄면 되므로 완벽한 블랙의 구현이 가능하며, 이를 통해 더욱 고화질의 화면을 구현합니다.
이에 대해 인간의 시각적인 관점에서 살펴보면, 눈의 망막에는 빛을 감지하여 색감을 구별하는 원추세포와 빛의 밝기에 민감하게 반응하여 명암을 구분하는 간상세포가 존재합니다. 간상세포는 원추세포보다 더 많은 수가 존재하며 민감도도 훨씬 높아 인간의 눈은 색감보다 명암의 변화에 더욱 민감합니다. 그러므로, 눈이 인식하는 것과 동일한 화면을 보여주는 디스플레이를 구현하기 위해 현재에도 OLED 디스플레이가 빠르게 진화하고 있습니다.
마지막으로, 정확하고 풍부한 색감을 표현할 수 있는 디스플레이 기술에 대해 살펴보겠습니다. 디스플레이에서 표현 가능한 색상의 범위를 색재현율이라고 하며, 색 표현력, 색영역, 색역이라고도 합니다. 기존 디스플레이에 표현되는 색은 사람이 볼 수 있는 색의 전체 범위 중 일부분에 해당하므로, 색을 다양하게 표시할 수 있는 기술은 초고화질 디스플레이 구현을 위해 중요한 부분입니다. 또한, 앞서 살펴본 바와 같이 인간의 눈에 있는 원추세포가 RGB에 해당하는 빛의 파장을 감지하는 3가지 세포로 구성되어 있어 이를 명확히 구현하는 방향이 인간이 인지하는 것을 그대로 디스플레이에 구현하는 것과 일치합니다.
현재 상용화된 LCD와 OLED TV에서는 광원과 컬러필터에 대한 기술 개발을 통해 색재현율을 향상시키고 있습니다. 핸드폰에 적용되는 소형 디스플레이에서는 일반적으로 컬러필터가 없는 RGB 방식의 OLED 공정을 이용하기 때문에 광원의 특성이 색재현율에 주된 영향을 줍니다. 컬러필터에 대해 간단히 설명하면, 셀로판지처럼 디스플레이에서 나온 빛이 컬러필터와 동일한 색의 파장만 통과시켜 RGB 각각의 순색을 구현시킵니다. 대형 TV를 예로 들면, LCD 및 OLED 디스플레이에서 광원과 컬러필터의 조합으로 색이 만들어지기 때문에, 색재현율을 높이기 위해서는 광원의 특성과 컬러필터의 특성이 모두 우수해야 합니다. 즉, 광원은 단색에 가까운 광을 구현하는 특성을 가져야 하고, 컬러필터는 RGB 단색광 이외의 주변 색의 광을 제거할 수 있는 특성을 가져야 합니다.
색재현율을 높이는 다른 방법으로 미세 공동 효과(Micro Cavity Effect)를 이용하여 OLED의 청색광 색순도 특성을 개선하는 기술 개발이 있습니다. 최근에는 고색 순도의 RGB 광을 구현할 수 있는 양자점 소재를 개발하여 디스플레이에 적용하는 기술도 산업계에서 활발히 개발되고 있습니다.
지금까지 인간의 눈이 인식하는 것과 같이 선명하고, 정확하면서 풍부한 색감을 가진 초고화질 디스플레이 구현을 위해 필요한 기술인 해상도, 명암비, 색감에 대해 살펴보았으며, 이는 인간의 시각 인지 관점에서도 같은 선상에 있는 중요한 부분임을 확인할 수 있었습니다. 미래의 초고화질 디스플레이 기술 개발을 위해 LX세미콘의 우수한 DDI, T-Con 등 OLED 디스플레이 용 집적회로 기술이 큰 역할을 할 것으로 기대가 되고, 이를 통해 디스플레이가 인간의 제2의 눈의 역할을 더욱 충실히 할 수 있는 미래는 더욱 가까워질 것입니다.
