KR19990032742A - 모니터의 전자파 차폐 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파 차폐장치에 관한 것으로, 특히 전자파 장해 규제를 받는 텔레비젼 수상기나 컴퓨터 모니터 등을 포함한 각종 전자 기기의 모니터에서 발생되는 전자파를 차폐하기 위한 모니터의 전자파 차폐장치에 관한 것이다. 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모니터의 전자파 차폐장치는 전자파 발생원인 모니터의 편향 코일에 고투자율 물질로 이루어지며 잡음제거 쵸크코일을 갖는 차폐커버를 설치하고, 상기 차폐 커버에 접지 단자를 설치하여 그 일측을 접지시켜 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

모니터의 전자파 차폐장치

본 발명은 전자파 차폐장치에 관한 것으로, 특히 전자파 장해 규제를 받는 텔레비젼 수상기나 컴퓨터 모니터 등을 포함한 각종 전자 기기의 모니터에서 발생되는 전자파를 차폐하기 위한 모니터의 전자파 차폐 치에 관한 것이다.

일반적으로, 움직이는 전하는 전기장과 자기장, 즉 전자파를 만든다. 따라서, 일상 생활에서 사용하는 전기용품은 주변에 전자파를 발생시킨다. 예를 들어, 텔레비젼 수상기나 컴퓨터나 전자 기기의 모니터 등에서 방출되는 극저주파에 속하는 100헤르쯔(Hz) 이하의 전자파는 인체에 유해할 뿐만 아니라 주변의 다른 전자기기에도 간섭이나 소음 등의 악영향을 미친다. 따라서 이를 차폐할 필요가 있다.

종래에는 이를 해결하기 위하여, 전자 기기의 내부에 도전성 도료 등을 도포하거나 금속재로 된 차폐 커버를 씌워준 다음, 이 도전성 도료나 차폐 커버를 접지시켜 전자파가 외부로 방출되지 못하도록 하고 있었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 전자파 차폐구조는, 텔레비젼이나 컴퓨터 모니터 등의 전자 기기에서 발생되는 100Hz 이하의 극저주파의 전기장은 소멸시킬 수 있으나, 자기장은 완전이 소멸시키거나 차폐하지 못함으로써, 자기장의 누설로 인한 사용자의 피로 및 신체의 이상을 가져올 뿐만 아니라 타 주변기기와의 간섭 등이 심각한 문제로 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 안출한 것으로, 텔레비젼 수상기나 모니터 등에서 방출되는 전기장 및 자기장을 보다 효과적으로 차단함으로써 전자파로 인한 제반 문제를 해소할 수 있는 모니터의 전자파 차폐장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 모니터의 전자파 차폐장치를 나타내는 분해 사시도.

도 1b는 도 1a의 결합된 상태를 나타내는 도면.

도 1c는 자동접지회로의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 모니터(CRT브라운관) 110 : 차폐 커버

120 : 편향 코일 130 : 잡음제거 쵸크코일

140 : 접지단자 150 : 자동접지회로

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모니터의 전자파 차폐장치는, 전자파의 발생원인 모니터의 편향 코일에 고투자율 물질로 이루어지며 잡음제거 쵸크코일을 갖는 차폐 커버를 설치하고, 상기 차폐 커버에 접지 단자를 설치하여 그 일측을 접지시켜 구성한 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명에 따른 모니터의 전자파 차폐장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 결합된 상태를 나타낸 도면이며, 도 1c는 자동접지회로의 구성도이다.

도면에서 참조 부호 100은 CRT브라운관, 110은 차폐 커버, 120은 편향 코일 이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 모니터(CRT브라운관)(100)에 형성된 편향 코일(Deflecting coil)(120)은 전자빔을 편향시키기 위한 자기장을 만드는 코일로, 이 편향 코일(120)은 발생되는 자기장이 모니터의 축과 직교하도록 모니터(100)의 목 부분에 설치된다.

따라서, 편향 코일에서 발생되는 전자파를 발생 근원에서 봉쇄하기 위하여 강자성체의 고투자율 물질로 형성된 차폐 커버(110)를 형성하여, 도 1b에 도시된 바와 같이 편향 코일(120)을 감싸 준다. 그런 다음, 이 차폐 커버에 설치된 접지단자(140)의 일측을 접지시키는 바, 예를 들면 특허 출원 97-15142호에 제시된 자동접지회로(150)에 연결하여 바이-패스시킨다. 이와 같이 함으로써, 외부로 누설되는 자기장과 전기장을 흡수 또는 차단할 수 있다.

상기 차폐 커버(110)에는 잡음제거 쵸크코일(130)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 차폐 커버는 편향 코일을 포함한 전자파 발생 근원의 형태에 따라 원통형이나 혼(Horn)형 등 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 또한, 보다 효과적으로 전자파의 누설을 차단하기 위하여 상기 차폐 커버를 이중 또는 그 이상의 다중으로 감싸 줄 수도 있다.

상기 차폐 커버를 형성하는 강자성체의 고투자율 물질은 전자 연철(Soft Iron),니켈, 퍼멀로이, 뮤메탈, 몰리브덴 또는 이들의 합금 물질로 조성된다. 그리고, 차폐 커버를 구성하는 고투자율 물질의 두께는 1mm 이상이 적합하다.

상기 차폐 커버가 동작할 시에는 차폐 커버에 와류 전류가 발생하며, 이와 같은 전류는 열로 변환되어지기 때문에 방열시키기 위한 목적으로 세라믹 코팅층을 형성하면 복사열로 변환되며 자연 방열이 이루어진다.

또한, 상기 차폐 커버는 도전성 물질이므로 주위의 도전성 물질과 절연시키기 위하여 표면에 절연 물질을 라미네이트함이 바람직하다.

참고로, 50~60 Hz의 극저주파에서 인체에 유해한 전자파의 국제 안전 기준 수치는, 전기장의 경우 25V/m, 자기장의 경우 3mG 이하이다.

따라서, 본 발명에 따른 차폐장치를 컴퓨터에 적용하여 트리-필드 미터기(Tri-Field Meter)로 측정해 본 결과는 다음과 같다. 여기서, 차폐 커버를 구성하는 고투자율 물질의 두께는 0.35mm인 경우이다.

상기에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 차폐장치를 설치한 경우가 설치하지 않은 경우에 비하여 전기장 및 자기장의 누설이 현저하게 감소하였음을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 차폐장치에 의해 전기장 및 자기장의 누설이 현저하게 감소되는 기본적인 원리를 다음에서 살펴보기로 한다.

먼저, 금속판 형태의 전자파 차폐장치의 차폐 효과를 설명하기 위하여, 공간을 진행해 온 전자파가 충분히 크면서 두께가 균일한 매체인 실드판에 부딪혔다고 가정한다.

일반적으로, 자석과 같은 자기장 근원에서 발생되는 자기장 내에 철이나 니켈 등의 자성체를 두게 되면, 이 자성체의 투자율이 높기 때문에 자속은 자성체 안을 보다 많이 통과하게 된다. 따라서, 자성체는 자화된다.

그러나, 이 자성체가 자화되어서는 곤란한 경우, 자기장 근원과 자성체 사이를 고투자율의 실드판으로 차단하면, 자속은 상기 고투자율 실드판의 내부를 통과하게 되고 자성체가 자화되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 실드판의 두께가 얇거나 투자율이 낮은 경우, 자속의 일부는 상기 실드판을 통과하여 주변의 자성체에 영향을 주게 되므로 어느 정도 이상의 두께가 요구된다.

일반적으로, 전자 기기 등의 잡음의 원인이 되는 자기장은 자석과 같은 자력이 일정한 영구 자석에 의한 것이 아니고, 변압기 등과 같이 자속이 변하는 누설 자속에 의한 것이다.

따라서, 실드판의 두께가 어느 정도 유지되면, 실드판에는 자속의 변화에 따른 와류 전류(I_M)가 흐르게 되고, 전자 기기는 이에 영향을 받는다고 여겨진다. 이와 같은 와류 실드판 내에서 에너지 소비를 발생하며, 대전력 고주파 장치에서는 발열하는 것도 있다.

그러나, 상기 와류 전류(I_M)는 실드판을 통과하는 자속과 반대 방향의 자속을 발생하기 때문에 서로 상쇄되어 차폐 효과를 갖는다. 따라서, 전자 기기나 전기용품의 전자파 발생원 주변에 고투자율의 강자성체 물질이나 퍼멀로이 등의 실드판을 설치하여, 상기와 같은 원리를 이용하여 자기장을 차폐할 수 있다.

상기 실드판에 부딪힌 전자파의 형태는 세 가지 형태로 정의할 수 있다.

첫째는, 진행된 전자파(EM)가 실드판의 경계에서 반사(r)되는 성분으로 이것을 반사 손실(R)이라고 한다.

둘째는, 전자파가 실드판 내부로 들어가 열로 흡수(a)되는 성분으로 흡수 손실(A)이라 한다.

셋째는, 실드판내로 들어간 전자파가 실드판의 경계에 부딪혀서 다시 반사를 일으켜, 실드판 내에서 반복적으로 반사되다가 실드판을 빠져나가는 재반사 보정(b)을 재반사 보정 성분(B)이라 한다.

여기서, 재반사 보정 성분과 반사 손실은 그 합계를 반사 손실로 간주하는 것이 편리하다. 그리고, 재반사 보정 성분은 실드판을 관통하는 성분을 구하고 있으므로, 이것은 마이너스 손실, 즉 손실이 아니고 이득이 된다.

따라서, 상기 실드판에 의한 전자파의 차폐 효과(SE)는 다음과 같다.

SE = A +R + B · · ·· · · · · · · · ·(1)

여기서, 상기 식의 모든 단위는 dB이다.

(흡수 손실)

흡수 손실(A)은, 전자파가 실드판과 같은 매체로 진행하게 되면 주변에 전류가 발생되고, 이는 매체의 전기 저항에 의해서 열로 바뀌어 형성된다. 따라서, 이와 같이 매체에 흡수되어 열로 바뀐 손실분만큼 전자파의 강도는 약해진다. 또한, 매체가 균일하고 가정하는 경우, 상기 흡수 손실은 단위 두께에 대해 일정한 비율로 일어나므로, 전자파의 강도는 전파하는 거리, 또는 깊이에 대해 지수 함수적으로 감쇠한다. 여기서, 초기 전자파 강도의 (1/e)만큼 감쇠되는 두께를 s로 정의한다.

따라서, 매체의 두께 t와 전기장 E 및 자기장 H의 강도 관계는 다음과 같다.

E = E₀exp(-t/s) · · · · · · · · ·(2.1)

H = H₀exp(-t/s) · · · · · · · · ·(2.2)

여기서, E₀, H₀: 매체 내로 들어가기 전의 초기 전기장과 자기장의 강도이다.

침투 깊이 s에서 전자파의 강도는 초기의 (1/e), 즉 37%로 약 9dB만큼 감쇠된다. 따라서, 침투 깊이 s의 2배인 2s는 약 18dB로 86.3%, 3s는 26dB로 95.0% 감쇠된다.

따라서, 전자파를 충분히 차폐하기 위해서는 다음의 조건을 만족해야 한다.

매체의 두께 t > 3s · · · · · · · · · (2.3)

구체적으로, 침투 깊이 s는 다음과 같다.

여기서, f : 전자파의 주파수 (MHz),

μ_r: 공기를 1로한 비투자율,

σ_r: 구리를 1로한 비전도도이다.

상기 식을 보면, 전자파의 흡수체로서의 실드 효과는 매체의 재료가 같으면 주파수의 평방근에 반비례하고, 일정 주파수에서는 매체의 투자율과 전도도의 곱의 평방근에 반비례한다.

따라서, 침투 깊이를 사용하여 흡수 손실 A를 나타내면 다음과 같다.

상기 식에 (2.4)식을 대입하면,

가 된다.

(반사 손실)

다음으로, 반사 손실(R)에 대해 고려해 보자.

진행해 가는 전자파가 매체의 경계에 도달하는 경우, 예를 들어 전자파가 공기 중에서 구리판으로 들어가는 경우 두 매체에 임피던스 차가 존재하면, 그 경계에서 일부의 전자파가 반사된다. 즉, 전자파의 일부가 매체 내로 들어오지 않기 때문에 전자파의 손실이 발생한다. 따라서, 매체에 의한 반사 손실(R)을 구하려면 매체 바깥쪽 공간의 임피던스와 실드판과 같은 매체의 임피던스를 알아야 한다. 공간 임피던스는 전자파의 발생원 근처에서는 발생원의 임피던스에 근접하고, 발생원으로 멀어짐에 따라 공간의 임피던스(Z_n)인 120 π (377 Ω)를 갖는다.

이를 좀더 정량적으로 수식화하여 보면,

여기서, μ : 매질의 투자율 (=μ₀·μ_r)

μ₀: 공기 또는 구리의 투자율 4π·10^-7henrys/m

ε : 매질의 유전율 (=ε₀·ε_r)

ε₀: 공기의 유전율 1/36·10⁹farad/m

일반적으로, 전자파의 발생원으로부터 영향을 받지 않을 정도로 떨어진 곳의 매체의 임피던스(Z_i)는 다음과 같다.

여기서, ω : 각주파수 rad/sec (2πf),

σ : 매질의 전도도.

공기나 절연물의 전도도(σ)는 0에 가까우며, 특히 σ《ωε인 경우 상기식 (3.1)을 얻을 수 있다.

차폐 수단으로 사용되는 매체가 금속인 경우, 도전율이 크므로 σ《ωε이고, 두께가 충분히 유지(t >3s)된다면 매체의 임피던스(Z_m)는 하기식과 같다.

여기에, 상기식 (3.1)을 이용하면,

따라서, 반사 손실(R)은 공간의 임피던스(Z_i)와 매체의 임피던스(Z_m)를 이용하여, 평면파의 경우 하기식과 같다.

상기식으로부터, 주파수 f (MHz)이고 거리 R (m)인 곳에서의 니어 필드(Near field)에서의 전기장의 반사 손실(R_E)과 자기장의 반사 손실(R_M)은 다음과 같다.

따라서, 평면파에 대한 반사 손실은,

로 나타낼 수 있다.

(재반사 보정 성분)

다음은, 실드판과 같은 매체를 통과하여 나오는 성분을 대상으로 한 재반사보정 성분(B)에 대해서 고려해 보자.

전자파의 재반사(R_B) 성분은 항상 존재한다. 그러나, 매체 내부의 흡수 손실(A)이 큰 경우 재반사 성분은 무시될 수 있다. 또한, 전기장에 대해서는 최초의 반사 손실이 상당히 커서 매체로 들어오는 양이 적기 때문에 재반사 성분을 무시할 수 있다.

따라서, 재반사 보정 성분(B)은 매체의 두께(t)가 침투 깊이(s)보다 충분히 두껍지 않은 경우의 저주파의 자기장만 계산하면 된다. 이와 같은 조건하에서 재반사 보정 성분(B)은 차폐 효과(SE)를 뺄셈하는 모양으로 되어,

이 된다.

(매체의 선택)

전자파를 차폐하기 위한 매체의 설계시 구멍이나 이은 부분을 최소화하도록 설계하는 것이 중요하다.

매체는 전자파의 특성에 따라 자성재나 비자성재를 선택한다. 예를 들어, 차폐해야할 대상이 전기장이나 고주파의 평면파인 경우, 구리나 알루미늄과 같이 전도도가 큰 비자성재를 사용한다. 이 경우, 반사 손실이 매우 크므로 반사 손실만으로도 충분히 차폐 효과를 갖는다. 반사 손실은 두 매체의 임피던스 차가 클수록 증가하므로, 전도도가 큰 재료는 임피던스를 낮게 할 수 있어 유리하다. 매체의 두께를 증가시킴에 따라 차폐 효과도 증가하지만, 구리의 경우 1/1000 mm 두께에서 -80dB나 되므로 박판으로도 충분한 차폐 효과를 얻을 수 있다.

그러나, 차폐해야할 주요 대상이 자기장인 경우, 저주파에서 자기장의 반사손실은 무시해도 좋을만큼 작지만 흡수 손실은 주요한 요소이다. 흡수 손실은 상기에서 언급한 식(2.6)에서 알 수 있듯이, 같은 두께에 대해 투자율과 전도도의 곱이 큰 재료일수록 효과적으로 차폐할 수 있다.

예를 들어, 100Hz의 자기장에 대해 구리나 알루미늄보다 철이 동일 두께에 대해 100배나 효과가 있고, 퍼멀로이는 철에 대해 10배의 효과가 있다.

일반적으로, 자성재의 투자율은 고주파의 경우 감소한다. 따라서, 저주파의 자기장을 차폐하기 위해서는 고투자율의 자성재가 효과적이지만, 고주파의 경우 구리나 알루미늄과 같은 고전도도의 재료를 사용하여 이들을 효과적으로 차폐할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 극저주파의 전자파를 발생시키는 모니터(CRT브라운관)의 편향 코일을 잡음제거 코일이 장치된 고투자율 물질로 이루어지는 강자성체의 차폐 커버로 감싸준 후, 자동접지회로에 결속시켜줌으로써, 외부로 방출되는 극저주파의 전자파(전기장과 자기장)를 흡수 또는 차폐하여 주변의 전기용품과의 간섭 현상을 제거하고 인체에 안전한 전자 기기를 제조할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (5)

1. 전자파의 발생원인 모니터(CRT브라운관)의 편향 코일에 고투자율 물질로 이루어지며 잡음제거 쵸크코일을 갖는 차폐 커버를 설치하고, 상기 차폐 커버에 접지단자를 설치하여 그 일측을 접지시켜 구성한 것을 특징으로 하는 모니터의 전자파 차폐장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차폐 커버는 세라믹 코팅 또는 절연 물질로 라미네이트된 것을 특징으로 하는 모니터의 자기장 차폐장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 차폐 커버를 이루는 고투자율 물질은 전자 연철, 니켈, 퍼멀로이, 뮤메탈, 몰리브덴 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 모니터의 자기장 차폐장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 차폐 커버의 고투자율 물질의 두께는 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 모니터의 자기장 차폐장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 차폐 커버의 접지단자를 자동접지회로에 연결하여 접지시킨 것을 특징으로 하는 모니터의 자기장 차폐장치.