디스플레이는 정보를 시각화 해 보여주는 장치로 우리 생활은 물론 산업 전반에서 매우 유용하게 활용되고 있습니다. 하지만 디스플레이가 스스로 정보를 만들어 보여주는 것은 아니기 때문에 화면에 표현할 내용을 정보의 저장소(PC, 셋톱박스 등)로부터 가져와야 하며, 정보 전달을 위한 통로가 필요합니다. 그러한 통로 역할을 하는 것이 바로 오늘 소개해 드릴 '디스플레이 커넥터'입니다.

그림은 한 TV 제품 뒷면의 모습을 나타낸 것으로 다양한 영상 커넥터 단자들이 들어서 있는 것을 볼 수 있습니다. 오늘은 디스플레이 장치에 정보를 전달해주는 커넥터의 종류와 특징에 대해서 알아보겠습니다.

디스플레이용 영상 커넥터는 크게 아날로그와 디지털 방식으로 인터페이스(interface)를 나눌 수 있습니다. 일반적으로 과거에는 아날로그가 주류를 이뤘다면 현재는 디지털 방식으로 많이 대체된 상황입니다. 그럼 먼저 아날로그 방식의 대표적인 종류부터 살펴보겠습니다.

컴포지트 (Composite Video)

가장 기본적인 영상 커넥터로 가정용 비디오 기기에서 주로 사용되었던 인터페이스입니다. 오래 된 TV나 VCR 또는 가정용 게임기에서 흔하게 볼 수 있었던 커넥터로, 케이블과 단자의 색은 노란색입니다. 컴포지트는 YUV라는 세 개의 소스 신호(Y: 밝기, U/V: 색상)를 동기화해 합친(composite) 것이므로 이렇게 이름이 붙여졌습니다. 그리고 1개의 채널(라인)로 밝기와 색 신호를 모두 전송하기 때문에 이후에 나온 커넥터에 비해서는 화질이 떨어집니다. 컴포지트가 출력할 수 있는 영상의 해상도는 최대 480i(NTSC) 또는 576i(PAL) 수준인 SD(standard definition)급입니다. 아날로그 영상 커넥터들은 일반적으로 음성 신호는 포함하지 않기 때문에 그림처럼 별도의 음성 케이블을 추가로 사용해야 합니다. 대표적으로 흰색(좌)과 붉은색(우) 이렇게 2개의 커넥터로 스테레오 사운드 정보를 전달합니다.

S-비디오 (Separate Video)

가정용 및 일반 업무용 비디오에서 보다 나은 화질을 보여 주기 위해 밝기 신호(Y: brightness)와 색 신호(C: chrominance, color)를 분리하여 처리하는 방식의 아날로그 인터페이스 장치로 그림과 같이 4개의 핀을 사용하는 방식이 일반적으로 사용됩니다. 기존의 컴포지트 인터페이스는 1개의 단일 채널로 구성되어 있기 때문에 밝기와 색신호가 섞이거나 감쇄돼 화질이 열화될 수 있으나, S-비디오는 이 2가지 채널을 분리해 신호를 전달하므로 컴포지트 보다 우수한 화질을 보여줍니다. 하지만 여전히 출력 가능한 최대 해상도는 컴포지트와 동일한 SD급입니다.

컴포넌트 (Component Video)

기존의 아날로그 인터페이스인 컴포지트와 S-비디오가 각각 1개와 2개의 채널로 신호를 전달하는데 비해, 컴포넌트는 영상 정보를 3개의 채널로 전달합니다. 각 채널마다 별도의 케이블로 나눠 전달하기 때문에 각 정보간의 간섭이 줄어들어 영상 신호를 상당히 정확하게 전달하는 아날로그 인터페이스 중 하나입니다.

컴포넌트 케이블은 케이블마다 빨강색, 녹색, 파랑색으로 표시되는데, YPbPr이라는 상대적 색공간을 활용하는 방식으로 신호를 전달합니다. 녹색 케이블은 영상의 밝기 신호(Y)를, 파란색 케이블은 영상의 파란색과 Y의 밝기 차이 신호(Pb)를, 빨간색 케이블은 빨간색과 Y의 밝기 차이 신호(Pr)를 전달합니다. 영상 표현에 필요한 RGB(빨강, 녹색, 파랑) 중 위에서 빠진 녹색 신호는 YPbPr 데이터를 사용해 추출이 가능하므로 별도로 출력하지 않아도 디스플레이에서 표현이 가능합니다.

컴포넌트 인터페이스는 SD급(480i) 영상부터 풀HD급(1080p) 영상까지 출력할 수 있기 때문에 최근까지도 빔 프로젝터, TV 등 다양한 AV기기에서 많이 쓰이고 있습니다.

D-Sub (D-Subminiature) / VGA / RGB

D-Sub(D-Subminiature) 또는 VGA(Video Graphics Array), RGB 케이블이라고 불리는 인터페이스로 특히 PC와 디스플레이간의 아날로그 커넥터로 가장 많이 사용되는 인터페이스 입니다. 이름의 'D'는 단자의 모습이 'D'와 유사해 붙여진 이름이며, 예전 관점에서는 상당히 작은 크기였기 때문에 '초소형'이라는 뜻의 '서브미니어처'라는 의미를 더해 'D-Sub'라는 이름으로 부르게 되었습니다. 일반적으로 쓰이는 영상 신호 전달용 D-Sub 인터페이스의 단자는 15개의 핀으로 구성돼 있는데, 각각의 핀이 색상정보, 수직/수평 동기화 등 다양한 신호를 전달합니다. 이 때문에 컴포지트나 S-비디오는 물론, 컴포넌트에 비해서도 화질이 좋습니다. 해상도는 최대 2,048x1,536(QXGA)까지 지원합니다.

노트북이나 PC 대부분이 이 방식을 기본으로 지원해 왔기 때문에, 빔 프로젝터나 모니터 그리고 TV 등을 연결해 사용하는데 호환성이 좋아 높은 빈도로 사용되어 왔으나, 최근에는 더 높은 해상도에 대한 필요성과 단자의 소형화 및 음성신호 포함 추세에 따라 디지털 인터페이스인 HDMI나 디스플레이포트로 대체되고 있습니다.

앞에서 소개한 컴포지트, S-비디오, 컴포넌트, D-Sub 외에도 아날로그 방식의 영상 커넥터는 여러가지가 있으나 가장 대표적으로 사용되는 인터페이스를 중심으로 살펴보았습니다. 지금부터는 최근 탑재가 급속도로 높아지고 있는 디지털 방식의 인터페이스에 대해서 알아보겠습니다.

DVI (Digital Visual Interface)

LCD를 비롯한 평판 디스플레이 등 디지털 디스플레이에 최적화된 표준 영상 인터페이스입니다. 가정에서도 영상 기기들이 디지털화 되면서 높은 품질의 디지털 신호를 처리해야 하는데, 기존의 아날로그 영상 인터페이스로는 한계가 드러나기 시작했습니다. 높은 해상도와 높은 화면 재생률에 대한 필요성, 그리고 아날로그가 노이즈에 취약한 점 등에 대한 해결이 필요했으며 이러한 배경에 의해 1999년 DVI가 등장했습니다.

아날로그 신호는 전달되는 과정에서 케이블의 소재나 전압의 변화 그리고 주변의 노이즈 등에 민감하게 반응해 화질이 저하되는 반면 디지털 방식은 이런 일이 적습니다. 특히 아날로그 방식과 비교해 필요한 대역폭이 적어 더 높은 품질의 신호를 전달할 수 있습니다.

DVI는 지원형식에 따라 디지털 전용인 DVI-D(Digital)와 아날로그까지 호환되는 DVI-I(Digital + Analog)로 구분하며, 전송 속도에 따라서는 싱글링크와 듀얼링크로도 구분합니다. 싱글링크는 1920x1080(Full HD) 까지 지원하며 듀얼링크는 2,560x 1,600(WQXGA)에 이르는 고해상도 영상을 화면 재생률 60Hz로 출력할 수 있습니다.

다만, DVI는 디지털 방식이기는 하나 D-Sub와 마찬가지로 영상 신호만 전달이 가능한 인터페이스 이므로 음성 또한 중요한 AV(Audio & Visual)기기에는 잘 사용되지 않으며, 주로 PC와 모니터를 연결하는 용도로 많이 사용됩니다.

HDMI (High Definition Multimedia Interface)

DVI가 디지털 인터페이스임에도 불구하고 영상 신호만 전달하는 단점 때문에 AV 기기에 연결해 만족스러운 영상을 즐기기 위해서 HDMI가 등장하게 되었습니다. HDMI는 DVI를 AV 전자제품용으로 변경한 것으로, 2002년 12월에 HDMI 1.0의 사양을 결정하며 탄생했습니다. 히타치, 소니, 파나소닉 등 AV가전 업체들이 주축이 되어 공동 개발한 HDMI는 케이블 하나로 영상과 음성을 모두 출력할 수 있어 콘솔 게임기, 그래픽카드, 노트북, 스마트폰 등 다양한 기기에 사용되며, UHD급의 고화질과 음질 출력이 가능해 현재 AV를 위한 대표적인 인터페이스라고 할 수 있습니다. 단자의 크기에 따라 표준 HDMI, 미니 HDMI, 마이크로 HDMI 종류가 있으며, 규격의 버전이 높아질 수록 출력 가능한 성능도 높아집니다. 예를 들면 2017년에 확정된 최신 버전인 HDMI 2.1에서는 10K인 10240x4320 해상도에 100Hz의 재생률이 가능하며, 다이나믹HDR 기술과 32채널 음향까지 지원하고 있습니다.

디스플레이포트 (DisplayPort)

위에서 소개한 HDMI는 AV가전 업체들이 주축이 돼 개발된 인터페이스이기 때문에 PC관련 업체들은 라이센스 비용을 지불하기에 부담이 되었습니다. 이에 따라 VESA(Video Electronics Standards Association, 비디오 전자공학 표준위원회)는 주로 컴퓨터 관련 디스플레이에 사용하는 용도로 '디스플레이포트(약칭 DP)'라는 새로운 디지털 인터페이스를 2006년 5월에 제정합니다. DP는 디지털 방식으로 영상과 음성 신호를 전달한다는 점에서 HDMI와 유사한 인터페이스입니다. PC용 디스플레이에 특화된 인터페이스이기 때문에 다중 모니터 출력에 관련된 기능이 뛰어나며 HDMI와 달리 별도의 라이센스 비용이 들지 않는다는 장점이 있습니다. HDMI와 DP의 형태를 비교해 보면 크기는 비슷하지만 DP에는 케이블을 뺄 때 버튼을 누르도록 해 실수로 케이블이 빠지는 경우를 방지한 점이 차이점입니다.

DP도 HDMI와 유사하게 버전이 올라감에 따라 출력 성능도 함께 상승합니다. 2016년에 확정된 최신 버전인 DP 1.4에서는 8K 해상도에 60Hz의 재생률과 32개의 오디오 채널 전송기술을 지원합니다. DP도 HDMI와 비슷하게 작은 기기에 적합하도록 미니DP 규격이 함께 존재합니다.

DP는 HDMI에 비해 디지털 인터페이스의 후발 주자이므로 아직 시장에서의 점유율은 HDMI에 비해 낮은 상황입니다. 하지만 상호 경쟁을 통해 인터페이스가 더욱 진화하는데에 보완 관계가 될 것이라는 관측이 많습니다.

오늘은 디스플레이 커넥터의 종류에 대해서 살펴보았습니다. 다음 시간에는 OLED 발광에서 중요한 역할을 하는 '공진 구조'에 대해서 알아보겠습니다.