[디스플레이 상식사전 #42] 색심도

Theme 4. 디스플레이 화면 기초
마흔 두 번째 개념: 색심도

LG디스플레이는 더 정교하고 사실적인 화질 구현을 위해 디스플레이의 표현 능력을 지속적으로 확장해왔다. 그 중에서도 ‘화면이 얼마나 부드럽고 자연스러운 색 변화를 표현할 수 있는가’는 왜곡 없는 화면을 구현하는데 중요한 요소로 꼽힌다. 이를 평가하는 핵심 지표가 바로 ‘색심도(Color Depth)’이다.

① 색심도(Color Depth)란?

색심도는 디스플레이가 표현할 수 있는 색의 정도를 나타내는 수치로, 색 깊이라고도 부른다. 하나의 픽셀은 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 세 가지 서브픽셀로 구성되며, 각 서브픽셀이 표현할 수 있는 밝기 단계, 즉 색심도를 비트(bit) 단위로 표시한다. 비트 수가 높을수록 디스플레이가 표현할 수 있는 색의 가짓수가 많아지는 것이다.

비트는 0과 1로 이루어진 디지털 정보 단위로, 0은 ‘꺼짐’, 1은 ‘켜짐’을 의미한다. 하나의 픽셀은 이 두 상태(0,1)를 선택할 수 있으므로 2진법으로 계산된다. 따라서 1비트는 2¹ = 2가지 색으로 흑(0)과 백(1)만을 표현하는 흑백 디스플레이에 해당한다.

디스플레이는 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 세가지 색상을 서브 픽셀로 사용해 다양한 색을 표현한다. 각 서브 픽셀당 1비트일 경우, 전체 색상 수는 2³ = 8가지로, 3비트의 컬러 디스플레이가 된다. 예를 들어 R(1)G(0)B(0)은 빨강, R(1)G(1)b(0)은 빨강과 초록이 합쳐진 노란색, R(0)G(0)B(0)은 검은색으로 표현된다.

그러나 실제 디스플레이는 각 원색이 단순히 켜지고 꺼지는 것이 아니라, 밝기나 채도의세밀한 단계(계조, Gradation)를 통해 훨씬 더 다양한 색을 표현한다. 예를 들어 6bit는 64단계(2⁶), 8bit는 256단계(2⁸), 10bit는 1,024단계(2¹⁰)의 색상 단계를 가진다. 계조 단계가 많을수록 색의 미묘한 변화까지 표현할 수 있어, 더욱 풍부한 화질을 구현할 수 있다.

예를 들어, 일반적으로 많이 쓰이는 8bit 디스플레이의 경우, 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 각각의 서브픽셀이 256단계(2⁸)를 표현할 수 있다. 이를 조합하면 2⁸ × 2⁸ × 2⁸ = 16,777,216가지, 즉 약 1,670만 가지 색상을 구현할 수 있다. 같은 원리로 10bit 디스플레이는 계산을 통해 약 10억 가지 색상을 표현할 수 있다.
 
즉, 색심도가 높을수록 색의 미세한 차이와 명암 변화를 자연스럽게 구현할 수 있어, 보다 풍부하고 사실적인 화질 구현이 가능하다고 볼 수 있다. 

② 높은 색심도의 중요성

색심도가 낮으면 하늘이나 그라데이션 영역에서 색이 단계적으로 끊겨 보이는 계단 현상(Banding)이 발생하기 쉽다.

초기 LCD 패널(6bit)에서는 이러한 현상이 자주 나타났지만, 현재 소비자용 영상 콘텐츠는 대부분 8bit 컬러 깊이가 표준으로 활용되고 있다. 반면, 전문가용 모니터나 HDR 콘텐츠 제작 환경에서는 10bit 이상의 색심도가 권장되며, 실제로 4K/UHD 영상 표준인 Rec. 2020에서도 10bit 또는 12bit가 정의되어 있다. 높은 비트 구현이 가능한 디스플레이는 색상 단계가 더욱 세밀 해져 자연스러운 그라데이션 구현이 가능하고, 후처리 과정에서 색의 왜곡이나 계단 현상을 줄일 수 있다. 즉, 색심도가 높을수록 원본에 가까운 표현이 가능하며, 후처리 과정에서도 색의 정확도를 유지할 수 있다.

최근 각광받는 HDR(High Dynamic Range) 기술에서도 색심도는 매우 중요한 요소로 꼽힌다. HDR10은 서브픽셀 기준 10bit, 돌비비전(Dolby Vision)은 12bit를 적용해 10억~687억 가지 색을 표현할 수 있으며, 밝고 어두운 영역 모두에서 한층 세밀하고 생생한 화질 구현을 가능하게 한다.