기고문 - 3D입체 디스플레이, 편광과 셔터방식의 장단점

2009년 개봉해 큰 인기를 끌었던 제임스 카메룬 감독의 <아바타(AVATAR)>를 3D로 본적이 있는가? 내용도 신선하지만 3D입체 효과는 여느 3D입체영화보다도 충격적이다. 물론 3D를 처음 접하는 관람객들은 다소 불편할 수도 있지만 말이다. 관람객들은 <아바타>를 3D로 보기 위해 더 많은 금액을 지불하고, 더 많은 대기시간을 감수했다.

이렇듯 <아바타>는 관람객은 물론 대부분의 3D산업 종사자들로 하여금 2010년이 3D 입체시장의 원년이 될 것이라는 확신을 갖게 하기에 충분했다. <아바타>를 계기로 관련 산업군인 3D TV, 3D모니터, 3D프로젝터, 3D영사기, 3D카메라 등 하드웨어 분야와 3D영화, 3D동영상, 3D사진 등 3D 입체 콘텐츠 분야, 그리고 편집을 위한 편집 툴 등 다양한 3D 관련 산업군의 활기가 넘칠 것이다. 이는 3D 산업에 종사하는 한 사람으로서 매우 고무적인 일이 아닐 수 없다.

본론으로 들어가서 3D 디스플레이에 대해 설명하면, 3D 디스플레이는 구현방식에 따라 안경식과 무(無)안경식으로 나뉘어진다. 안경식은 주로 영화관용 시네마 시스템, 3D TV, 가정용 3D 모니터 등에서 널리 사용되고 있다.

무안경식은 기술적 한계로 인해 비교적 소형인 휴대폰의 액정, 7인치 Photo frame 등 작은 사이즈에만 적용되고 있다. 3D를 추구한다면 궁극적인 목표는 무안경식이겠지만 현재는 안경식이 대세를 이루고 있다.

안경식과 무안경식의 장단점을 간단히 살펴보면 안경식 중에서는 편광(Polarization)과 셔터글라스(Sutter glass) 방식이 시야각, 영상 겹침(Cross talk), 2D·3D 변환 측면에서 장점을 가진다. 무안경식은 안경을 착용하지 않아도 된다는 사용의 편리성을 제외하곤 현재로선 별다른 장점을 내세우기 어렵다.

3D 디스플레이는 과거 사용의 편리성으로 인해 무안경식을 선호했지만, 시야각 등의 기술적 결함을 극복하지 못하면서 지금은 안경식으로 선회하는 추세다. 현재 시장에서는 안경식 중에서 편광과 셔터방식이 치열하게 경쟁을 벌이고 있다.

가장 큰 차이점은 편광은 공간분할방식(Passive)을 이용하고 셔터는 시분할(Active)을 이용한다는 점이다. 공간분할방식인 편광은 좌안과 우완 두 이미지를 픽셀 단위로 쪼개 분리한 후 디스플레이에서 좌안 이미지와 우안 이미지의 편광 상태를 분리하여 출력하고 안경에서는 편광판을 이용하여 좌안은 좌안쪽 이미지만을 우안은 우안쪽 이미지만을 선택하여 뇌에서 두 이미지를 합성하여 입체로 인식하게 하는 방식이다.

반면 시분할 방식인 셔터글라스는 좌안과 우안 두 이미지를 시차를 두고 전송해서 안경의 셔터를 이용하여 좌안과 우안의 이미지를 각각 분리하여 보여주고 뇌에서 이 두 이미지를 다시 합성하여 3D입체를 인식하게 되며, 정상적인 입체 효과를 내기 위해서는 60Hz의 디스플레이가 120Hz 이상으로 구동되어야 한다.

편광과 셔터 방식의 장단점은 아래 표2와 같이 편광은 깜박거림(Flicker), 휘도, 안경단가 및 안경의 무게로 인한 착용감 등에서 장점을 지니며 셔터 방식은 시야각, 디스플레이 패널 단가에서 장점을 가진다. 편광방식이 대부분 우위에 있음에도 불구하고 현재 대기업이 3D TV에 셔터 방식을 채택한 것은 3D 필터를 패널에 부착할 때 발생하는 원가 상승 또는 완성되지 않은 3D 필터 제작기술에 기인한다고 볼 수 있다.

편광과 셔터의 장단점을 조금 더 세부적으로 비교해 보자.

시야각 : 편광은 LCD 패널 크기에 따라 약간의 차이는 있을 수 있으나, 대부분 24인치 이하의 작은 사이즈는 약 12~15도의 상하 시야각이 있고, 32인치 이상의 대형 사이즈는 상하 시야각이 있긴 하지만 거의 못 느낄 정도로 넓다. 좌우 시야각은 패널 크기에 관계없이 약 90도의 시야각이 있으며, 상하좌우 이 각도를 벗어나면 영상이 겹치는 영상(Cross talk)이 발생하는 반면 셔터방식은 상하 및 좌우 시야각이 없는 게 가장 큰 장점이다.

깜박거림(Flicker) : 3D 안경은 종류에 따라 평광과 셔터로 구분되며, 편광은 구조상 깜박거림이 발생하지 않고, 셔터는 일정한 헤르츠(Hz)로 셔터가 열렸다 닫혔다 하므로 그에 따른 깜박임(Flicker)이 발생한다. 자칫 이로 인해 장시간 사용 시 구토나 어지럼증을 유발할 수 있는 게 가장 큰 단점이다.

휘도 : 휘도면에서 편광은 3D필터로 인해 디스플레이 단에서 빛을 약 99% 이상 투과시키고 안경에서는 휘도가 반으로 줄어 약 50%가량 떨어진다. 반면 셔터는 디스플레이 단은 필터가 붙지 않으므로 100% 투과시키나, 안경에서의 투과율은 약 20% 정도이므로 편광 방식 3D입체 디스플레이의 휘도가 더 높다.

제작비용 : 편광 방식은 LCD 패널에 3D를 구현해주는 3D 필터를 부착해야하기 때문에 3D필터로 인해 원가가 상승하고 제작공정이 복잡해지는 단점을 가지고 있으나, 편광 안경의 제조원가는 약 $1.00~$3.00 수준으로 셔터글라스 제작비 약 $60.00에 비하면 매우 저렴한 장점 또한 가지고 있다.

셔터 방식은 240Hz 구현을 위한 LCD 패널과 3D 입체 구현을 위한 셔터글라스 및 송수신부가 추가되어 원가가 상승하며, 편광은 필름 형태의 안경이지만 셔터의 안경은 전자제품과 같이 구동회로와 배터리가 포함되므로 안경의 개당 단가에서는 편광과 비교할 수 없을 정도로 단가가 높고 무거운 게 단점이다. 만일 3D 디스플레이에 4개의 안경을 제공한다고 가정하면 편광은 약 $4.00~$12.00정도 원가가 상승하는 반면 셔터는 $240.00의 매우 많은 원가가 상승하게 된다.

이렇듯 편광과 셔터방식에는 장단점이 골고루 존재한다. 현재는 대기업에서 비교적 적용이 쉽고 위험이 적은 셔터 방식을 채택하고 있으나, 이는 120Hz 이상의 모니터나 TV에 변환칩셋과 셔터 안경만 있으면 누구나 적용 가능하다. 향후 3D 입체디 스플레이 시장은 셔터에서 편광 방식으로, 그 후 무안경식으로 변화하겠지만, 현재 일본의 A와 한국의 Z사 정도가 보유한 3D 필터 제작기술을 대기업들이 확보한다면 편광 방식과 셔터 방식의 주도권 싸움은 더욱 치열해질 전망이다.