엔비디아(NVIDIA)가 낮은 해상도의 디스플레이에서 고품질 이미지를 표현할 수 있는 캐스케이드 디스플레이(Cascaded
Displays, 계단식 디스플레이) 기술을 선보였다.
엔비디아 연구진들은 오는 8월 캐나다에서 개최되는 SIGGRAPH 2014에서 발표할 오프셋 픽셀 레이어 LCD 2개를 적층시켜 LCD
본래의 스펙보다 더 높은 해상도의 이미지를 만들 수 있는 방법 및 데모 기기를 공개했다.
복수의 패널을 조합하는 이 기술이 대화면 TV와 모니터, 그리고 얇은 두께를 요구하는 스마트폰, 태블릿 시장에 당장 적용되기는 어려울 것으로
보이지만, 가상현실(VR)을 체험하는 오큘러스 리프트와 같은 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 및 휴대용 프로젝터와 같은 기기에 활용될 가능성이
높다.
값싼 저해상도 LCD 패널을 겹쳐 화질 향상
단 하나의 패널만 사용하는 전통적인 디스플레이(Conventional Display) 방식은 화질을 향상시키기 위해 해상도를 올리거나 패널 재료 및 백라이트 등을 바꿔야 했다. 이 과정은 모두 큰 비용이 소모되며 고해상도 디스플레이는 그만큼 가격도 비싸진다.
그러나 엔비디아가 소개한 계단식 디스플레이(Cascaded Display)는 기존 LCD 패널 앞에 계단식으로 또 다른 LCD 패널을
배열하는 방법으로 이런 문제를 해결했다. 위에 보이는 a, b 패널은 모두 같은 픽셀 크기(해상도)를 가지고 있지만 두 패널의 위치를 계단식으로
배열해 눈에 보이는 서브 픽셀을 증가시키는 효과를 낸다. 전면 패널이 셔터 역할을 해서 후면 패널의 픽셀을 4개로 보이게 하기 때문이다.
LCD는 소자 자체에서 빛을 내는 OLED와 달리 백라이트가 투명한 액정(Liquid Crytal)과 컬러 필터를 통과하면서 색을 내기
때문에 2장의 LCD를 위와 같은 컬러로 출력할 경우 최종적으로 사용자의 눈에는 4분할된 RGB 픽셀을 보여준다. 또 일정한 리프레시 속도를
가진 LCD 패널을 개별적으로 컨트롤하면 리프레시 속도를 최대 2배로 늘리는 효과도 가져온다. 엔비디아가 계단식 디스플레이 기술에 '오프셋 픽셀
레이어를 사용한 시공간 슈퍼해상도(Spatiotemporal Superresolution using Offset Pixel Layers)'라는
설명을 붙인 이유다.
엔비디아의 기술 문서에 따르면 원본 이미지를 하나의 레이어(일반 LCD)로 출력할 때와 2개의 레이어를 사용한 계단식 디스플레이로 출력했을
때의 차이는 상당히 크다. 기준이 되는 싱글 레이어 LCD의 해상도가 낮을 경우 계단식 디스플레이 효과는 더욱 클 것으로 보인다.
물론 단순히 저해상도 LCD를 계단식으로 배열한다고 해서 해상도가 올라가지는 않는다. 원본 이미지를 실시간으로 분석하고 이를 듀얼
레이어에서 프레임별로 정확하게 나눠서 출력되도록 하는 연산 작업이 필요하다. 엔비디아는 공간 해상도와 리프레시 속도를 늘릴 수 있는 실시간 듀얼
레이어 인수 분해 방법을 개발했으며, 특별한 소프트웨어 사용을 통해 계단식 디스플레이 장치를 지원할 것으로 보인다.
가상현실 HMD와 LCoS 프로젝터 겨냥
엔비디아 연구팀은 계단식 디스플레이 기술을 소개하면서 저가형 LCD 패널을 이용한 HMD 형식의 프로토타입 샘플도 선보였다. 3D 프린터로
출력한 케이스에 1280x800 해상도 및 60Hz 리프레시 속도를 지원하는 중국산 7인치 LCD 패널 2개를 사용했다. 뒷쪽에 들어가는 기본
패널은 그대로 살리면서 그 앞에 계단식으로 겹쳐놓는 패널에서는 백라이트를 제거했다. 또한 전면 패널의 후면 편광판과 후면 패널의 전면 편광판이
충돌하기 때문에 4파장 필름을 두 패널 사이에 배치시켰다.
이 방식은 양쪽에 보여지는 화면을 별도의 패널로 따로 보여주는 오큘러스 리프트와 달리 하나의 디스플레이에서 좌우
화면을 나눠서 출력하고 이를 개별 렌즈를 이용해서 보게 된다. 기술적으로는 구글이 소개한 스마트폰을 사용한 골판지 VR과 비슷하다.
하나의 LCD 패널만 들어간 전통적인 LCD HMD와 3D 가상현실 화면 품질을 비교하면 계단식 LCD HMD 프로토타입이 더 선명하고
밝은 화면을 보여주고 있는 것으로 나온다. 비싼 고해상도 패널을 사용하지 않고도 높은 효과를 낼 수 있어 향후 엔비디아가 쉴드 태블릿처럼 이
기술을 활용해 오큘러스 리프트와 경쟁할 가격대비 성능이 높은 HMD 장치를 출시할 가능성도 있다. 그러나 일반 유저나 HMD 제조사가 LCD
패널과 백라이트, 편광판 등을 분리해서 쓰기 어렵기 때문에 실제품이 나오려면 패널 제조사 측에서 계단식 디스플레이 구조의 LCD 패널을
생산해줘야 할 것으로 보인다.
DLP와 LCD 방식을 결합한 LCoS 프로젝터도 고해상도 출력이 가능한 계단식 LCoS 프로젝터(Cascaded LCoS
Projector)로 만들 수 있다. 이 샘플은 1024x600 해상도와 60Hz 리프레시 속도를 지원하는 초소형 피코 프로젝터를 이용해 만든
것으로 HMD 샘플에 비해 실용성은 낮지만 저가형 프로젝터로 화면 품질을 향상시킬 수 있다.
1024x600 해상도의 전통적인 LCoS 프로젝터와 계단식 LCoS 프로젝터 구조로 출력된 화면을 비교해보면 계단 현상도 확실히 줄어들고
디테일도 향상된 것을 볼 수 있다.
계단식 디스플레이에 대한 더 많은 내용은 엔비디아 홈페이지에 올라온
연구 논문을 통해 확인할 수 있다.
이미지 및 내용 출처: 엔비디아 (https://research.nvidia.com)
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