KR200430853Y1 - 발광다이오드 조명 액자 - Google Patents

Abstract

본 고안은 LED가 적용된 백라이트(후면발광장치)를 액자에 접목시킨 조명액자로써, 기존의 CCFL 광원을 LED로 대체함으로써 기존 제품보다 경량화, 친환경화 박형화, 친환경화, 고수명이고 견고한 조명액자를 구현하였다.

CCFL (COLD CATHODE FLUORESCENT LAMP) : 냉음극형광램프, LED (LIGHT EMIT DIODE) : 발광다이오드 , 도광판(Light guide panel): 점 광원이나, 선 광원을 면광원으로 변환 시킬 수 있도록 만든 투명판, Inverter : 램프의 전기적 요구 특성에 맞추어 직류를 교류로 변환시켜주는 장치, FPCB (Flexible Printed Circuit board) : 연성 회로 기판. SMT ( Surface Mount Technology) 표현 실장 기술

Description

발광다이오드 조명 액자{LED PHOTO FRAME}

도 1 : 백라이트의 구조와 원리

도 2 : 일반 CCFL 조명액자 요약도 및 구성품 목록

도 3 : LED 조명액자 요약도 및 구성품 목록

도 4 : 도광판에 따른 광원에 크기 변화 표현

도 5 : 광원에 따른 도광판 두께 표현 표현

도 6 : 광원 추가로 인한 도광판 두께 변화 표현

도 7 : 일반 CCFL 조명액자 내부의 인버터 탑재에 따른 제품 부피 증가 설명

도 8 : 일반 CCFL 조명액자 내부의 인버터 탑재에 따른 제품 부피 증가 설명

도 9 : 조명액자의 광원을 LED로 교체시 가지는 디자인적인 유리함 설명

도 10 : LED를 실장한 PCB를 도광판 측면에 설치한 간략도

도 11 : LED를 실장한 PCB를 확산판 아래에 설치한 간략도

기존의 휴대폰이나 LCD 모니터에 적용되는 백라이트의 기술을 액자에 접목시킨 조명액자가 광고용으로 많이 이용되고 있다. 백라이트란 후면발광장치로 단어 그대로 LCD나 사진과 같은 제품의 후면에서 빛을 고루 발광하는 장치이다. 백라이트의 기본구조와 원리(도1)는 광원(11)에서 나온 빛(14)을 도광판(15) 내부로 입사하여, 도광판 하단 면에 고루 분포되어있는 패턴(12)에 의해 반사되어 빛의 진행 방향이 도 1의 화살표와 같이 수평방향에서 수직방향으로 바뀐다. 즉 선광원(광원에서 나오는 빛)에서 면광원(도광판의 패턴에 인해 반사되어 도광판에서 고루 올라오는 빛)으로 도광판 위에 탑재된 광학 시트(13)들이 빛을 집광하고, 휘도를 상승시킨다.
이런 백라이트의 기본 원리(도1)를 액자에 접목시킨 조명액자 제품들이 시중에 많이 나와있으며, 기본 구조를 간단히 요약하면 액자상프레임(21)과 액자하프레임(26)사이에 백라이트(도1)를 탑재하여 백라이트 점등시 사진이나 LCD 후면에서 빛을 비추어 조명 액자 역할 할 수 있는 것이다. 조명액자 대부분이 모니터 및 노트북의 가장 많이 쓰이는 광원 CCFL(도2의 24)을 사용하고 있다. CCFL이란 냉음극형광램프로 필라멘트의 가열 없이 저온에서 점등되는 형광등. 유리관 양끝에 전극이 있고, 내부에는 일정량의 수은과 아르곤, 네온 등의 혼합 가스가 들어 있으며, 유리관 내부 표면은 형광체가 도포 된 일반 형광등과 동일한 구조와 원리를 갖는다. 일반 형광등은 가열에 의해 전자 방출이 시작되는 데 반해 냉음극 형광 램프는 두 전극에 가해진 고전압 전계에 의해 전자 방출이 일어난다. 전자 방출이 시작되면 수은이 여기되어 자외선이 발산되며, 이 자외선이 유리관 벽의 형광체와 충돌하면서 가시 광선을 발산시킨다. 액정 표시 장치(LCD) 디스플레이의 백라이트, 팩스, 스캐너, 복사기, 패널 디스플레이, 장식용 광원으로 활용된다. CCFL은 광원의 특성상, 일반 가정용의 형광등과 원리가 같아서 램프 관의 내부 전류는 교류이며, 인버터(28)라는 장치를 통해 관의 전기적 특성을 교류에서 직렬로 맞추어 램프에 전류를 흘려 보내줄 수 있다. CCFL(24)의 형태별 종류는 "-", "ㄴ", "ㄷ"자 형상으로 종류가 나뉘고, 굵기 별 종류는 직경 1.8mm ~ 4mm 까지 다양하게 있다. 크기는 사용되는 사진 및 게시물(22)의 크기에 따라 제작이 가능하지만, 제품 두께는 제품 내부의 CCFL의 적용 두께 및 수량 그리고 인버터의 두께에 따라 결정이 된다.

제품 구매자의 요구조건 중 하나는 좋은 품질이고, 다른 한가지는 가격이다. 또한 현시대에는 제품의 디자인 역시 빼놓을 수 없는 문제이다. 이런 디자인적인 면에서, CCFL 광원(24)는 다음과 같은 문제점이 있다.
앞서 언급하다시피, CCFL은 교류 전원에 의해 구동하기 위해서는 인버터(28)는 반드시 있어야 하는 장치이며, 인버터에서 출력되는 전압은 약 500V 이상의 고압이어서 사용자의 안전을 위해 일반적으로 액자 내부에 탑재를 한다. 이것은 곧 제품의 전체 두께 및 무게를 증가시켜 요즘 슬림화 추세인 제품 디자인의 질을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 또한 CCFL은 LED(도3의 31)보다 광원 수명이 짧고, 소비전력도 많다. 그리고, 열이 많이 발생하며, 수은을 함유하고 있어, 환경에 해로우며, 유리로 구성되어 있어 충격에 약하다.
제품의 설계 및 디자인등 이러한 구조적인 문제와 제품의 품질을 향상시키기 위해 CCFL 광원 대신 LED 광원을 적용하여 이 문제를 해결하려 한다.

위에서 언급한 것처럼 본 조명액자는 그 원리의 바탕을 휴대폰/ LCD 용 백라이트의 구동 원리와 비슷하다. 기본 골격인 프레임이 있고, LED(39)에서 나온 빛이 도광판으로 입사하여 도광판의 하면의 패턴이 입사된 빛을 반사시켜 도광판으로 고루 퍼지게 하여, 광학시트로 그 빛을 집광시켜, 사진이나 게시물 후면에서 빛을 비추는 원리이다.
기존 조명액자들은 광원을 CCFL을 적용시키지만, 본 고안은 광원을 LED로 적용한다는 점에서 큰 차이점이 있다. LED란 발광다이오드로 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자이다. LED는 컴퓨터 본체에서 하드디스크가 돌아갈때 깜빡이는 작은 불빛, 도심의 빌딩위에 설치된 대형 전광판, TV리모콘 버튼을 누를 때마다 TV본체에 신호를 보내는 눈에 보이지 않는 광선 등을 만들때 필요한 것이다. LED는 아래 위에 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면 전자와 정공이라고 불리는 플러스 전하입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로 돼 있다. 이 물질의 특성에 따라 빛의 색깔이 달라진다. 전력소비가 백열전구의 20%에 불과한데다 수명이 10만 시간(형광등의 100배)에 달해 한번 설치하면 교체나 유지보수가 거의 필요 없다는 것이 최대 장점이다. 고휘도 LED 등장과 함께 이동통신 단말기용 조명과 휴대폰의 액정표시장치(LCD)와 자동차 장식 조명도 LED로 교체되고 있다. 현재 주목받고 있는 고휘도 LED는 청색LED와 백색LED. 청색LED는 휴대폰 키패드 및 LCD액정 백라이트로 사용되고 있다. 또한 백색 LED는 실내 조명기구로 사용이 가능한 것으로, 일본의 니치아, 미국의 HP, 독일의 오스람, 한국의 서울 반도체등이 생산하고 있으며, LED를 적용한 백라이트를 탑재한 조명액자의 기대효과는 고안의 효과에서 보도록 하고, 첨부된 조명액자의 도면에 관해서 예를 설명한다.
우선 도 1은 백라이트의 구조와 원리를 표현 한 도면이다. 광원(11)을 도광판(15)의 입광부에 밀착시켜 광원(11)에서 나오는 빛을 도광판(15)에 입사되도록 한다. 입사된 빛(14)은 도광판(11) 후면에 실크프린팅 또는 샌드블라스터 방식으로 가공한 패턴(12)과 도광판(11)후면에 밀착시킨 반사시트(16)에 의해 반사되어 도1의 도광판(11)에 표시된 화살표 같이 LED(11)에서 나온 빛(14)이 반사되어 도광판(15)면에 고루 퍼져 면광원으로 변환된다. 이 면광원으로 변환 된 빛들은 도광판(11)위에 밀착된 광학시트(13)에 의해 집광 되어, 좀 더 밝고 보기 좋은 면광원으로 변환된다.
도 3은 본 고안인 LED 조명액자 구조의 사시도이다. LED(39)의 사양은 업체마다 틀리겠지만, 업체마다 원하는 조명액자의 사양(크기, 밝기)에 따라 LED(39) 사양 및 갯수, 간격을 조정한다. 본 고안인 LED 조명액자는 LED(39)를 10mm 간격으로 PCB 또는 FPCB(34)에 배열하여 SMT를 한다. PCB 또는 FPCB(34)의 회로는 외부에서 전원이 들어올 수 있도록 +,- 단자와 LED(39)에 전원을 공급할 수 있도록 LED(39) 사양과 갯수, 간격에 맞는 +,- 단자와 공급 전원에 맞추어 LED가 점등될 수 있도록 적절한 직렬, 병렬 회로를 적용하여야 한다. 추가로 회로에 저항을 추가하면 보다 안전한 회로가 내장된 PCB 또는 FPCB(34)가 될 수 있다.
PCB 또는 FPCB(34)에 양면테잎을 적용하여 도광판(35)의 입광부에 LED(39)가 밀착되도록 붙여 조립한다. 여기서, 입광부란 도광판에 빛이 들어가는 부분으로 도광판 측면이라 볼 수 있으며, LED(39)가 입광부에 밀착이 되지 않으면, 광손실이 있으므로 주의한다. 도광판(35)의 재질은 투명 아크릴이나 광학용 아크릴로 채택하며, 도 1 에 나온 패턴(12)과 같이 실크프린팅 또는 샌드블러스터 기법으로 도광판(35) 밑면을 가공하여 패턴을 입힌다. 패턴의 설계는 도광판(35)에 도 1과 같이 LED에서 나온 빛이 패턴에 반사되어 도광판에 고루 퍼져 전면으로 투과할 수 있도록 패턴의 밀도를 적절하게 조정하여 설계하여 가공한다. LED(39)에서 도광판(35) 입사된 빛을 도광판(35) 밑면에 위치한 패턴(패턴(12)과 같이 가공한 패턴)이 빛을 반사하여 도1과 같이 빛의 진로를 변경해 주는 중요한 역할을 한다.
도광판(35)와 PCB 또는 FPCB(34)를 조립 후 광학시트(33)를 도광판(35)에 전면에 양면테잎을 이용하여 부착한다. 이 때 양면 테잎은 도광판(35) 테두리에만 부착한다. 테두리에 부착하는 이유는 테이프가 중앙에 위치하면 테이프 있는 부분에 빛손실이 있기 때문이다. 즉 중앙에 빛손실로 인해 어두워진다. 광학시트(33)는 크게 나누어 두 가지 종류가 있다. 확산 시트, 프리즘 시트가 있으며 확산시트는 빛을 확산시켜 시야각을 넓히고, 외관을 깨끗이 보일 수 있다. 또한 프리즘시트는 빛을 집광시켜 밝기를 밝게 할 수는 있으나, 시야각이 좁아진다. 광학시트(33)는 좀 더 깨끗한 외관은 원한다면 확산시트를 밝은 외관을 원한다면 프리즘시트를 적용하며, 두 가지 모두 원한다면 두가지 모두 적용하면 된다. 반사시트(37)은 도광판(35) 밑면에 양면 테잎을 이용하여 부착한다. 이 때 양면 테입은 도광판(35) 테두리에만 부착한다.
*전원선(37)은 PCB 또는 FPCB(34)에 +,-극에 맞추어 연결하며, 전원을 공급할 수 있도록 전원선을 액자 밖으로 뺀다. 전원은 LED(39)수와 배열, PCB 또는 FPCB(34)회로에 맞추어 DC 아답터 또는 배터리로 적정 전압 및 전류를 전원선(37)에 연결하여 공급한다. 이 때 적절한 전원을 공급하여야 하며, 만약 큰 전원을 공급하면, 밝으나 LED(39)의 수명이 현격히 줄어들 것이며, 적은 전원을 공급하면 어두울 것이다. 적절한 전원이 공급되면 백라이트가 점등이 된다. 이를 확인 후 수 광학시트(33)위에 사진,게시물(32)을 올려놓은 후 상프레임(31)을 체결한 후 하프레임(38)을 반사시트(37) 밑에 체결하여 조명액자를 완성한다. 액자상하프레임(31,38)은 나무, 알루미늄, 아크릴, 플라스틱 등 업체에 기호에 맞추어 선택하면 된다. 본 고안은 아크릴을 선택하였다.

본 고안인 LED 조명액자에 장점으로 강조하고 싶은 것은 도4와 같이 CCFL의 광원을 채택시 제품에 추가로 CCFL을 적용 시 도 5와 같이 수직으로 CCFL를 추가하여야 하므로, 제품 두께가 두꺼워진다. 하지만, 도 5와 같이 LED는 추가방법이 수평적이기 때문에 그것의 두께를 유지할 수 있어 제품의 초기 디자인 두께를 유지할 수 있다. 또한 LED를 광원으로 채택시 CCFL 광원으로한 조명액자처럼 인버터와 같은 다른 전기 기구물이 필요없어서 구조를 단순화 시킬 수 있으면서, 심플한 디자인 제품을 제작할 수 있다. 또한 인버터가 필요 없기 때문에 원가 절감이 될 수 있다.

구 분	CCFL 조명액자	LED 조명액자
도광판 두께	2.5mm 이상	0.4mm 이상
전원방식	교류	직류
인버터 유무	유	무
수은 유무	유	무
평균 수명	30,000시간	100,000시간

(일반 CCFL 조명액자와 LED 조명액자의 비교표)
위 표를 보면 각 광원별 조명액자를 비교하고 있다. 적용가능한 도광판 두께는 LED 광원을 사용 시 슬림한 조명액자 제작할 수 있으며, 인버터가 없으므로 해서 CCFL 제품보다 슬림한 제품을 제작할 수 있으며, 원가절감 효과도 가져온다. LED는 수은을 포함하지 않아, 친환경적인 제품을 제작할 수 있으며, 수명 역시 LED 가 훨씬 길기 때문에 제품을 오랫동안 사용할 수 있으며, CCFL은 유리로 되어있어, 깨진다는 단점을 가지고 있지만, LED의 프레임은 플라스틱으로 제작되어 충격에 강한 장점을 가지고 있다.

Claims (5)

1. 발광다이오드를 PCB 또는 FPCB에 표면실장 한 광원을 도광판의 입광부에 밀착 후, 도광판 하면에는 패턴가공을 한 후, 도광판 윗면에는 광학시트를 후면에는 반사시트를 부착한 백라이트를 탑재하여 백라이트 위에 사진 및 게시물을 위치시킨 후 액자의 상프레임과 하프레임의 사이에 백라이트를 넣어 조립하고, 전원 공급시 사진 또는 게시물의 후면에서 빛을 비추는 조명액자.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images