1. 개요
디스플레이 장치에서 사용되는 컬러 1픽셀을 구성하는 R, G, B 각각의 서브픽셀 배치 체계. 미국 기업 클레어보이언트에서 개발했으며 삼성전자에서 사들였다. 특허로 보호받으며 명칭도 삼성전자의 등록상표다.엄밀하게는 삼성전자에서 제작한 디스플레이에만 사용해야 하지만 실제 커뮤니티나 언론 등에서는 1픽셀 당 3개 미만의 색을 내는 서브픽셀[1]로 구성된 디스플레이 배열을 통칭하는 단어로 사용하는 경향이 있다.
2. 상세
펜타일은 5(Penta)와 타일을 합친 말이다. 이름이 비슷한 펜로즈 타일과는 관계없다.| |
| 초창기 펜타일 배열 |
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| RGB Stripe 배열과 펜타일 배열 비교 | 삼성 다이아몬드 펜타일의 픽셀 구현 방식 설명 |
디스플레이는 픽셀들의 가로세로배열로 이뤄져있고 각 픽셀 안에는 3원색들마다의 서브(하위)픽셀이 있다. 펜타일은 두가지 방식이 있는데 이 중 다이아몬드 쉐도우마스크 방식은 한 픽셀 안의 서브픽셀을 바로 옆의 픽셀의 서브픽셀로도 사용하여 픽셀들을 이루고 (이 경우 겹친 서브픽셀은 그 두 픽셀이 따로 갖고 있어야할 밝기값을 혼합한 밝기를 가짐) 그리고 삼성 초기의 방식은 3원색중 1개의 온전한 빨강이나 파랑과 반쪽크기의 초록색만 갖고 있는 불완전한 픽셀을 주위의 나머지를 갖고 있는 다른 불완전한 픽셀과 합쳐서 하나의 온전한 픽셀로 표현해 적은 서브픽셀들로 더 많은 픽셀들을 표현하는 방식이다.
위의 "RGB 서브픽셀 방식보다 적은 서브픽셀로 동일 해상도를 비슷하게 표현할 수 있다"는 표현은 결과적으로 같은 해상도라고 말하지만 서브픽셀은 적다는 말이 된다. 따라서 펜타일과 RGB 방식이 동일 해상도라고 해도 화질의 차이가 날 수밖에 없는 태생적 한계가 존재한다. 서브픽셀 배열에 따라 다르지만, 픽셀의 정의를 RGB(W) 3원색의 조합을 통해 모든 색을 표현할 수 있는 최소한의 사각형 영역으로 본다면, 펜타일 방식은 보통 RGB 배열에 비해 평방인치당 화소수는 2/3, 그리고 인치 당 화소수가 최대 (2/3)^1/2 수준으로 떨어지게 된다.
그러므로 실질 ppi니 뭐니 하면서 펜타일 방식의 실질 ppi에 2/3을 곱하는 건 매우 잘못된 계산이다. 이런식으로 측정하는 사례도 없지만, 만약 이런식으로 측정하겠다고 가정해도 0.666... 이 아닌 0.816배를 곱해야 올바른 계산 방식이다. 이는 sppi를 각 색별로 따로 계산하면 이해에 도움이 된다. 삼성이 주로 쓰는 RG-BG 다이아몬드 펜타일 역시 일반 펜타일과 화소수는 동일하므로 같은 방법으로 계산하면 된다.
보통 펜타일 디스플레이를 양산하는 기업은 RGB(W) 3원색과 상관 없이, 자의적으로 정사각형 영역을 구성하는 최소한의 영역을 (RG, BG → 2개 픽셀?!) 잘라서 픽셀로 정의한다. 이러니 샤프의 Quattron Pro 같은 장난질/사기를 쳐도 할 말이 없는 것이다. 사실 이 배열이 기존 RG-BG 조합을 RGBY 조합으로 약간 변용한 것이기 때문에, 펜타일 특유의 뻥카 해상도 방식을 적용해도 할 말이 없기도 하다. 그러니까 펜타일을 사용한 제품들이 해상도로 1/3쯤 소비자를 속이고 있다는 말이다. 픽셀수 기준으로 따져봤을 때 펜타일 해상도의 서브픽셀수는 해상도가 0.5단계 차이나는 수준의 수치를 보여준다.
이렇게 RGB + Green 이나 RGB + White 만으로 대충 2 픽셀분의 역할을 시킬 수 있는 원리는 다음과 같다. 우리 눈의 망막의 시각세포 중 에서 흑백 명암을 구분하는 간상세포는 밀도가 높아 흑백 해상능력은 상당히 높지만 색각을 구분하는 원추세포는 밀도가 낮기 때문에 색깔 해상능력은 매우 낮아서 작은 픽셀의 색은 잘 구분하지 못한다. 이런 눈의 약점을 이용해 명암만 고해상도로 표시하고 색깔은 대충 저해상도로 표시해도 우리 눈은 쉽게 속아 넘어간다. 이게 펜타일의 기본 원리. 우리 눈의 컬러 해상도가 낮다는 걸 이용하는 다른 예로는 CMKY 망판인쇄나 컬러 디더링, NTSC 등 아날로그 컬러 TV 전송, JPEG이나 MPEG 등 이미지나 동영상 압축 기술 등이 있다.
그리고 RG-BG 펜타일이 RGB-W를 대신할 수 있는 것은 우리 눈이 픽셀의 밝기를 인식하는 요소 중에서 70% 이상이 Green 녹색 성분 (20%는 Red, 나머지는 Blue)이 차지하므로 백색의 밝기 W 픽셀 대신 대충 녹색 G 픽셀을 적과 청 픽셀 크기의 반으로 두 픽셀에 나눠넣음 만으로도 우리 눈은 백색 픽셀 비슷하게 밝기로 인식하기 때문이다. 색상이 녹색으로 기울게 되는 건 이웃 픽셀의 R과 B 성분을 디더링으로 보상해 녹색을 상쇄할 수 있다.
하지만 RG-BW나 RG-BG가 RGB-RGB 두 픽셀과 완전히 같은 건 결코 아니고 RG-BW의 경우 대충 RGB-RGB 두 픽셀의 2/3 정도의 효과가 있다. 즉 흑백 해상능력 자체는 RGB 방식과 거의 비슷한 수준까지 끌어올릴수 있지만, 색상에 대한 해상능력은 RGB 방식에 비해 60%-70% 정도의 수준에 그치기 때문이다. 좋게 말하면 비슷한 픽셀 제조 기술로 RGB 방식에 비해 30% 가량 더 해상도가 높아 보이게 표시할 수 있다고 긍정적으로 볼 수도 있다. 다만 W나 G 화소를 픽셀 수에 포함시키면 사실상 해상도를 가로세로로 약 1.4배로 뻥튀기하는 게 되므로 RGB와 펜타일 방식의 해상도를 1:1로 맞비교해서는 안 된다.
3. 종류
크게 RG-BG 펜타일 서브픽셀방식과 RG-BW 펜타일 서브픽셀방식으로 나뉜다. 전자는 OLED 패널에 주로 사용되고, 후자는 TFT-LCD 패널에 주로 사용된다.3.1. RG-BG 펜타일 서브픽셀
녹색 소자에 적색 소자와 청색 소자를 각각 짝을 이루어서 한 픽셀로 포함한다. RGB 서브픽셀 방식이 적색, 녹색, 청색 소자가 한 픽셀 안에 포함된 반면, 이쪽은 적색, 녹색 소자만 한 픽셀로 포함되고 그 옆에 청색, 녹색 소자가 다음 픽셀로 포함되며 이 둘이 번갈아가며 배열된다.
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| 갤럭시 노트의 RG-BG 펜타일 배열 |
자세히 보지 않으면 눈치를 채기 어려울 수 있으나, 조금만 신경 쓴다면 금방 파악할 수 있다. 이는 이미지나 영상 매체를 주로 이용하는 사람들에게는 큰 차이를 느끼게 하지 않으나, 인터넷 웹 브라우징을 할 때 문자 가독성이 떨어지는 것을 쉽게 파악할 수 있다고 한다. 실제로 글자를 표시할 때 검은색과 녹색만으로 표시하는 경우는 별로 없고 흰색 바탕 또는 흰색 글씨를 쓰는 경우가 많으므로 R과 B를 안 쓸 수가 없고, 이로 인해 글씨 경계면이 울퉁불퉁하게 보이게 된다.
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| 갤럭시 S4의 다이아몬드 펜타일 배열 |
삼성디스플레이에서도 이 서브픽셀 방식의 문제점을 인식하고, 갤럭시 S4부터는 과거 CRT 모니터에 사용한 섀도 마스크와 비슷한 배열의 펜타일 서브픽셀을 사용하고 있다. 때문에 기존에 단점으로 부각되던 문자 가독성 역시 개선되었다. 다만 Full-HD 고해상도의 영향이 크다는 반론도 있긴 하다.
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| 갤럭시 노트 II의 S-Stripe RGB 배열 |
엄밀히 말해 한 픽셀 안에 적색, 청색, 녹색 소자를 전부 포함하는 RGB 배열이기 때문에 펜타일이라고 부를 수는 없지만 기존 RGB 서브픽셀 배열과 다르게 청색이 세로로 길게 배치되고 그 옆으로 적색과 녹색이 가로로 배치되는 S-Stripe 배열도 있다. 현재 이 방식을 채택한 기기는 갤럭시 노트 II, 갤럭시 S4 mini, 갤럭시 골든, 모토 X, 드로이드 울트라 등이 있다.
갤럭시 S 1세대 제품군, 갤럭시 S II HD와 갤럭시 노트, 갤럭시 S III, 모토로라 RAZR 제품군 등이 기존 RG-BG 펜타일 서브픽셀 방식을 사용하고 있으며, 변종 섀도 마스크 RG-BG 펜타일 서브픽셀 방식(다이아몬드 펜타일)은 갤럭시 S4, 갤럭시 노트3가 사용하고 있다.
다이아몬드 펜타일은 글꼴 가독성이 크게 개선되었으며 RGB 스트라이프와 비교하더라도 크게 뒤떨어지지 않는 수준이다. 동일 화면 크기에 동일 해상도(즉 동일 PPI)의 다이아몬드 펜타일과 RGB 스트라이프의 비교 자료를 보면 곡선 부분이 흐릿하기는 하지만 RGB 스트라이프보다도 더 매끈해보이는 특이 상황을 확인할 수 있다. Classic
물론 이 방식에도 한계는 있는데, 위 그림을 보면 펜타일은 각 색상의 픽셀이 구별될 정도로 튀어 보이며, 직선 표현이 좋지 않은 것을 알 수 있다. 즉, 곡선과 같이 정사각형 픽셀의 조합으로 표현하기 어려운 경우에는 사진처럼 다이아몬드 픽셀 배열이 어느정도 효과를 발휘하지만, 직선을 표현하기 어렵기 때문에 "텍스트 가독성 문제"는 여전히 존재한다고 볼 수 있다.
전자는 갤럭시 S7의 디스플레이를 확대시킨 것이고 후자는 LG V20의 디스플레이를 확대시킨 것이다. 위의 FHD 해상도를 가진 갤럭시 S4와 비교해 보면 양쪽 모두 굳이 비교가 필요 없을 정도로 가독성이 훌륭한 수준이라는 걸 알 수 있다.
스마트폰 초창기에는 이런 논란이 지속되었지만, 해상도가 깡패라고 사람의 눈으로 픽셀을 구별할 수 없을 300ppi 이상의 디스플레이들이 출시되고 현재는 QHD 해상도를 채택해 ppi가 500이 넘어가는 스마트폰도 매우 많아진 것을 생각하면 배열 논란의 중요성은 많이 수그러진 상태다. 삼성전자의 경우만 봐도 실제로 펜타일임을 감안해서 SPPI로 비교를 해도 갤럭시 S6의 QHD 디스플레이의 sppi는 Red 408 sppi Green 577 sppi Blue 408 sppi로, 어마어마한 해상도를 보여주기 시작했으며, 아이폰 X와 XS에는 458ppi의 FHD급 RG-BG 펜타일 디스플레이가 들어가서 동일 형식의 QHD급 디스플레이가 들어가는 삼성이나 LG의 플래그십 스마트폰에 비해 해상도가 밀리지만 가독성으로 문제가 된 적은 없었다. ppi가 인치 당 픽셀 수 수치라는 걸 생각하면 현재는 말 그대로 어마어마한 해상도로 밀어 붙인 셈이 된다.
만약 해상도가 조금 더 높아져 남들이 1R1G1B로 한 구역을 발광할 때, 2R4G2B(RG-BG-RG-BG)로 비슷한 면적을 발광한다면 오히려 발색이 한쪽으로 치우치지 않는 장점을 취할 수 있다. 물론 이를 위해서는 해상도가 가로세로로 2배로 올라야 하기 때문에(HD->QHD, FHD->UHD) 쉽게 적용할만한 방법은 아니다.
한편, RGB도 픽셀 구조에 따라서 오히려 다이아몬드 픽셀 배열이 직선 표현에 우위를 차지할 수도 있다. 위의 두 사진은 4K RGB인 엑스페리아 Z5 프리미엄과 WQHD 펜타일인 갤럭시 S6의 화면을 동일한 축적으로 확대시킨 건데 괴상한 픽셀 배열 때문에 후자가 오히려 직선 표현이 좋은 모습을 볼 수 있다. 사실 엑스페리아 Z5 프리미엄은 픽셀 배열 문제로 RGB 4K 해상도인데도 4K 영상 표시를 제대로 못 하는 문제가 있기는 하다. # 원래는 선이 붙어서 표시되면 안 된다. 다만 실제 이용 시에는 각 픽셀마다 서브픽셀 배열을 다르게 해서 픽셀 위치를 맞추기 때문에 직선이 저런 식으로 픽셀 단위로 왔다갔다하게 그려지는 것은 아니다.
픽셀구조 문제와 유사한 문제로 화면을 90도 회전시켰을 때, 다이아몬드 펜타일은 픽셀 배열이 변하지 않지만, LCD의 stripe 방식은 수직 서브픽셀 렌더링이 불가능해지는 문제가 있다. 서브픽셀들이 가로로 길어지기 때문이다. 물론 화면 방향에 따라서 서브픽셀 렌더링 방법을 바꾸면 가능하지만 현재 이를 지원하는 시스템은 거의 없다.
3.2. RG-BW 펜타일 서브픽셀
RGB 서브픽셀 방식에 흰색 소자를 추가한 방식이다. 기존에는 RGB 모두를 발광시켜 흰색을 구현하여 전력 소모가 많고 전반적인 소자 수명을 떨어뜨렸지만, 처음부터 흰색 자체를 전용 소자로 발광시키는 방식으로 컬러 필터에 의한 밝기 손실을 피함으로써 전력 소모를 줄여 전체적인 밝기를 개선시켰다. 하지만 서브픽셀이 1픽셀당 2개에 불과하므로 전체적인 화질 저하는 피할 수 없다.
모토로라 아트릭스가 이 배열을 사용했다가 품질이 떨어지는 TFT-LCD를 사용하는 바람에 RG-BW 펜타일 서브픽셀 자체의 이미지를 추락시켜 버렸다.(...) 삼성 디스플레이에서도 넥서스 10이나 아이패드 시리즈를 제외한 웬만한 고해상도 패널에는 이 배열을 사용하고 있다. 갤럭시 노트 10.1 2014 에디션과 아티브 Q[2]에 사용되었다. 또한 LG전자도 플래그십 기종인 LG G7에서 사용한 것으로 확인되었다. 출시 이전에는 M+ 형식일 것이라는 루머[3]가 계속 나왔으나 그보다도 안 좋아진 셈. QHD 해상도라 서브픽셀이 별로 거슬리지 않는다는 후기도 있지만 전작인 LG G6보다도 가독성이 떨어진다거나 자글거리는 것이 느껴진다는 후기 또한 있는 등 사람에 따라 체감이 불가능한 정도는 아닌 듯 하다. 또한 소니 모바일의 플래그십 기종 엑스페리아 XZ2 프리미엄에서도 사용되었다.
3.3. RG-BY 펜타일 서브픽셀
샤프에서 Quattron Pro라는 픽셀 배열로 FHD 해상도를 4K처럼 볼 수 있는 디스플레이를 발표했다. 그래서 초기 반응은 좋았는데 알고 보니 보급형 4K TV패널로 사용 중이다. 보면 알겠지만 RGB 3서브픽셀을 콰트론 프로로 Y를 넣어서 8등분을 하였다. 저 의미는 1픽셀짜리를 4픽셀로 의도한 것인데 그리고 그것은 계획대로 되었다.그리고 이건 AUO에서 개발한 변칙 RGBY 펜타일이다. 서브픽셀을 틀어서 펜타일의 단점을 완화시키자인데 어찌 보면 다이아몬드 구조를 응용한 것 같다.
또 다른 문제로는 노란색을 추가했지만 기대와는 달리 색 표현이 좋아지거나 하지는 않는다고 한다. 애초에 영상 데이터가 RGB이고 이를 통해 Y를 뽑아내는 것이라 그럴 수도 있지만.
4. 기타 배열
펜타일과 반대로 서브픽셀을 4개 이상 배치하는 배열방식도 있다. 이 경우 이론상으론 3서브픽셀보다 더 뛰어난 가독성을 구현할 수 있지만 실제로는 RGB/GBR에 최적화된 컨텐츠, 기기에 맞지 않아 가독성이 저하되는 경우가 대부분이다. 마찬가지로 이론상 더 풍부한 컬러를 표현할 수도 있지만 색표준 또한 RGB에 최적화되어 켈리브레이션이 어렵다. 그래서 제조사의 튜닝 노하우가 부족하거나 저가 제품일 경우 역으로 색이 왜곡된다.
4.1. M+ 서브픽셀
삼성의 이의제기가 허무한 이유
삼성디스플레이, 보급형 RGBW 4K 패널 ‘그린2’ 개발…내년부터 양산
명분 사라진 ‘RGBW’ 패널 논쟁…향후 이슈는?
LG디스플레이에서 만든 펜타일 방식으로 기존의 RG-BW의 1픽셀당 서브픽셀 2개에 비해 3개로 픽셀 피치가 많아졌으나, TV에서니까 티가 덜나지 모바일에서는 여전히 RG-GB처럼 치명적인 픽셀 배치이다. LG디스플레이에서는 고해상도에서 기존 RGB 구조의 디스플레이는 가로, 세로 선 표현에는 문제가 없지만, 대각선 표현에 약점이 있어서 LG디스플레이가 개발한 M+ 알고리즘으로 대각선 정보의 손실을 최소화하여 대각선의 표현력도 향상시켰다고 설명되어 있으나 그래봤자 펜타일인 이상 자기합리화에 불과하다.M+ 배열방식의 TV를 사면 안 되는 이유
LG전자의 LCD UHD TV 및 LG디스플레이가 패널을 공급하는 중국 제조사 등에서 사용하며, LG전자는 전력소비 감소라는 이점을 강조했고 미국이랑 유럽에선 종전까진 50%만 넘으면 별도의 표기 없이 UHD TV 인증을 했으나, 결국 ICDM에서 '선명도 수치'라는 별도의 수치병기를 반드시 명시를 권고 하였다. 그러나 이내 경쟁 업계 관계자는 UHD로 인정 못하겠다고 한다. 이에 의하면 RGB가 선명도 95%이고 RGBW는 60%이다.[4] 그리고 이를 이용한 제품의 리뷰 결과, 픽셀 구성에 의한 표현 한계인지 내부 영상 처리 문제인지는 알 수 없지만 색상 표현 부족하다고 한다. 서브픽셀이 줄어든 만큼 PC 연결 시 문자 표시가 흐릿하다.# 하지만 2019년형 8K TV는 국제 기준인 50%인 ‘화질선명도(CM)’에 비해 ‘삼성 QLED는 12%’이고, ‘LG 나노셀는 90%’로 차이가 있다. # # #
이전에는 M+와 RG-BW가 다른 것으로 간주되었지만 LG G7의 디스플레이 관련 논란 이후 M+와 RG-BW를 구분하는 이유가 사라졌다. 처음부터 LG디스플레이에서는 W 서브픽셀을 추가한 것을 M+라 정의했고, 픽셀 당 서브픽셀 개수가 몇 개인지에 대해서는 이야기한 적이 없다. 다만 LG디스플레이에서 제공한# 위의 그림만 봐도 M+의 각 픽셀 당 서브픽셀(W도 포함할 때)은 3개로 되어 있고 LCD UHD TV 또한 각 픽셀 당 서브픽셀이 3개이기 때문에, 소비자로서는 LG전자가 이러한 선입견을 악용한 것이 아니냐는 의심이 생길 수밖에 없다.
현재 삼성전자가 공격적으로 비판하는 방식이기도 하다. 펜타일 방식 역시 서브픽셀이 적어 화질이 떨어진다..
4.2. RGBW 서브픽셀
링크링크1픽셀에 4서브픽셀이 들어가는 RGBW도 있다. LG의 WOLED TV 패널에서도 사용되며 LG전자는 이를 WRGB라고 부른다.[5]W 픽셀은 밝기를 개선하고 조절하는 역할을 하고 실제 색은 RGB가 내는 방식이다. 화면의 밝기를 개선할 수 있다는 장점이 있지만 화면을 억지로 밝게 만들다가 색이 틀어질 수 있다는 단점이 있다. 단, 현재까지는 실제로 출시되는 제품들이 동시기의 LCD 플래그십 TV와 비교해 색표준 준수 여부 및 최대 색역에서 엎치락뒤치락 하는 상황이라 실제 사용 시 문제가 되지는 않는다.
RGBY와 마찬가지로 가독성 이슈가 있다. 배열이 RGWB로 바뀌고, 해상도가 높아지면 해결된다.
4.3. “S-Stripe” RGB 서브픽셀
삼성 OLED 디스플레이에서 주로 사용하는 배열이다. 갤럭시 북 Pro 등에 들어가 있다.OLED의 한계인 번인을 억제하기 위하여 일반적인 ||| 모양의 서브픽셀 배열이 아닌 '믜' 모양의 배열을 채택하여 가장 번인에 취약한 순서대로 픽셀의 크기에 차이를 두었다. 파랑(ㅣ)→초록(ㅁ)→빨강(ㅡ) 이런 형태로 되어있다.
다만 정석적인 배열이 아니기 때문에 윈도우 환경의 ClearType과 같이 이 배열을 지원하지 않으면서 낮은 PPI 환경일경우 심각한 가독성 문제가 발생한다. 이 문제는 갤럭시 북3 Pro에서 해상도를 높이면서 해결되었으나, 화면 배율을 200%로 설정해야 가독성이 손상되지 않는다.
4.4. RGBY 서브픽셀
Sharp사에서 만든 TVhttps://www.youtube.com/watch?v=09sM7Y0jZdI0:36 참고 이 영상을 잘보면 알겠지만 1픽셀에 4서브픽셀이 들어가는 것으로 보인다.일반 TV,모니터(1픽셀당 3서브픽셀)보다 실질적 픽셀이 많아진다는 장점이 있지만 노란색 계열을 제외하면 색 표현이 크게 좋아지지 않으며 오히려 색표현이 노란색 계열에 치우친다는 점이 있다.
4.5. 6 서브픽셀
최신 저가 VA 패널 제품에서 자주 사용되는 배열로 RGB 서브픽셀을rgb
rgb
와 같이 반으로 쪼개 하나의 픽셀을 표현하는 방식이다. 이론상 서브픽셀 렌더링 호환문제 없이 컨텐츠를 부드럽게 표현할 수 있지만 서브픽셀이 기기에서 의도한대로 제대로 표현하지 못해 의도치 않게 일부 서브픽셀만 꺼지거나 켜져 가독성을 해친다. 여기에 일부 패널은 상하 서브픽셀 길이가 서로 달라 가독성을 더욱 나쁘게 만든다.
[1] 디스플레이에서 흰색(W) 서브픽셀은 색을 내지 않고 밝기에만 관여한다. 그래서 색을 구현하는 기술로서 서브픽셀을 칭할 때는 W를 없는 픽셀로 취급한다.[2] 현재 출시 보류 상태.[3] LG는 공식 블로그를 통해 M+ LCD를 사용한다고는 했지만, 이것이 TV와 동일한 M+ 펜타일 서브픽셀 배열은 아니었다. 다만 LG에서 M+ 펜타일의 서브픽셀 갯수를 규정하거나 LG G7에서 TV와 동일한 서브픽셀 배열을 이용한다고 한 적은 없기는 하다. 자세한 내용은 아래의 M+ 펜타일 서브픽셀 참고.[4] 다만 여기서 말하는 기사에 나오는 RGBW 방식의 선명도가 60%라는 것이 LG UHD TV에서 이용한 M+ 방식을 기준으로 했는지 위에 나오는 RG-BW 방식을 기준으로 했는지는 불확실하다.[5] 실제로는 RGWB로 배열되어 있다.