[전자/디스플레이] 저계조와 고계조란 무엇일까? OLED 밝기 표현의 기본 (GRAYSCALE)

저계조와 고계조란 무엇일까? OLED 밝기 표현의 기본

화면 밝기를 낮추면 검정에 가까운 부분의 얼룩이나 깜빡임이 유난히 눈에 들어오는 경우가 있습니다. 반대로 밝은 화면에서는 화면 위치에 따라 흰색이 아주 조금 달라 보이기도 합니다. 이런 차이를 이해하려면 먼저 계조(Gray Scale) 가 무엇인지 알아둘 필요가 있습니다.

핵심부터 말하면

계조는 한 픽셀이 표현할 수 있는 밝기 단계입니다. 저계조는 검정에 가까운 어두운 단계, 고계조는 흰색에 가까운 밝은 단계를 뜻합니다. 같은 한 단계의 오차라도 저계조에서는 어두운 화면의 균일성을 무너뜨리기 쉽고, 고계조에서는 전원과 구동 전류의 한계가 더 중요해집니다.

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계조는 숫자 하나가 아니라 밝기 명령이다

디지털 영상은 픽셀마다 밝기 값을 보냅니다. 예를 들어 8-bit 신호는 일반적으로 0부터 255까지의 256단계를 사용합니다. 0은 가장 어두운 쪽, 255는 가장 밝은 쪽에 해당합니다. 10-bit라면 0부터 1023까지 더 촘촘한 단계를 다룰 수 있습니다.

하지만 입력 숫자가 한 단계 증가했다고 해서 사람이 느끼는 밝기도 똑같이 한 칸 증가하는 것은 아닙니다. 사람의 시각은 어두운 영역의 작은 차이에 민감하고, 디스플레이는 이 특성에 맞춰 입력 계조와 실제 휘도의 관계를 조절합니다. 이 관계를 다루는 것이 감마(Gamma) 입니다.

쉽게 말하면 계조는 영상이 원하는 밝기의 주소이고, Pixel Circuit은 그 주소를 OLED 전류로 바꾸는 회로입니다. OLED는 흐르는 전류에 따라 빛을 내므로, 최종 휘도는 입력 계조, 보상 방식, TFT 특성, OLED 특성이 함께 만든 결과입니다.

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저계조와 고계조의 구분

저계조는 일반적으로 검정 근처의 낮은 밝기 영역을 말합니다. 정확히 어느 숫자까지를 저계조로 부를지는 제품과 평가 조건에 따라 달라지지만, 핵심은 OLED에 매우 작은 전류를 정밀하게 흘려야 하는 영역이라는 점입니다.

고계조는 높은 밝기 영역입니다. 이때는 더 큰 OLED 전류와 충분한 전압 여유가 필요합니다. 패널 전체가 밝은 화면을 표시할 때는 전원 배선의 전압 강하나 구동 TFT의 동작 여유도 함께 살펴야 합니다.

두 영역은 단순히 밝기만 다른 것이 아닙니다. 저계조에서는 작은 누설전류나 TFT 문턱전압(Threshold Voltage, Vth) 편차가 원하는 전류와 비슷한 크기가 될 수 있습니다. 고계조에서는 원하는 전류를 끝까지 공급할 수 있는지, 패널 가장자리까지 전압이 충분히 전달되는지가 문제가 될 수 있습니다.

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계조 수가 많으면 항상 더 좋아질까

계조 수가 많으면 인접한 밝기 단계 사이가 더 촘촘해져서 부드러운 그라데이션 표현에 유리합니다. 다만 숫자만 늘린다고 화질이 자동으로 좋아지는 것은 아닙니다. 입력 데이터를 더 세밀하게 나누어도 Pixel Circuit과 OLED가 그 차이를 안정적으로 재현해야 하기 때문입니다.

예를 들어 어두운 밤하늘 그라데이션에서 단계가 띠처럼 보이면 Banding이 발생한 것입니다. 입력 계조 수, 감마 보정, 패널의 저계조 전류 정밀도, 영상 처리 방식이 모두 이 현상에 영향을 줍니다.

정리하면

저계조와 고계조는 OLED가 표현하는 밝기 범위의 양 끝을 가리킵니다. 저계조는 작은 전류를 얼마나 정밀하게 제어하는가가, 고계조는 큰 전류와 전압을 화면 전체에 얼마나 안정적으로 공급하는가가 중요합니다. 다음 글에서는 저계조에서 Mura와 Flicker가 왜 더 잘 보이는지 Pixel Circuit 관점에서 살펴보겠습니다.