광파이프 기술 및 애플리케이션

광파이프는 단순해 보이지만 전자 장비 설계에서 중요한 역할을 수행하며, 광파이프를 사용하면 PCB 레이아웃을 간소화하고 인적 요소 엔지니어의 작업을 용이하게 하며 보다 컴팩트한 설계를 가능하게 합니다.

이 글에서는 광파이프의 기능, 광파이프에 적용된 기술, 기본 물리학, 장비 설계자가 선택할 수 있는 옵션에 대해 설명합니다.

라이트파이프가 무엇인가요?

광파이프는 보드에 장착된 LED에서 전자 모듈의 표시 패널과 같이 편리하게 볼 수 있는 다른 위치로 빛을 전송하는 데 사용되는 단단한 투명 플라스틱 막대 또는 광섬유입니다.

깔끔한 상태 표시와 간소화된 인적 요소 엔지니어링 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 비전도성 광 경로에는 납땜이나 크림프 종단이 필요하지 않으며 전선 꼬임으로 인한 전기 단락의 가능성을 제거하므로 납땜이나 크림프 종단이 필요하지 않습니다.

광 파이프는 많은 최신 전자 애플리케이션에서 중요한 구성 요소입니다. 광파이프를 추가하면 한 장소에서 다른 장소로 빛을 전송하는 데 필요한 많은 단계를 제거할 수 있는 비용 효율적인 솔루션이 됩니다.

어떻게 사용되나요?

광 파이프는 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다.

장비와 디바이스의 사용자 인터페이스 디자인에 따라 제품에는 하나 이상의 표시등이 필요할 수 있으며 최대 여러 개의 표시등이 필요할 수도 있습니다. 여러 개의 인디케이터가 필요한 디자인의 경우 라이트 파이프는 저렴한 비용, 뛰어난 시각적 커뮤니케이션 및 디자인 유연성으로 인해 이상적인 솔루션입니다.

작동 방식

광 파이프는 PCB 기판의 한쪽 끝에 있는 LED 광원에 매우 가깝게 배치됩니다. 광학 등급 소재는 광선을 원하는 목적지(일반적으로 디바이스의 사용자 인터페이스)로 전달하는 데 도움이 됩니다. 광 파이프는 디자인과 간격에 따라 LED 광원에서 나오는 빛의 약 80~90%를 전송합니다. 광파이프가 LED에 가까울수록 빛을 더 효율적으로 전달할 수 있습니다. 물론 사용되는 광파이프는 LED 또는 광원에서 발생하는 열과 동일한 양의 열에 대해 정격화되어야 하므로 광파이프와 광원 사이의 최소 허용 거리를 결정할 수 있는 설계 고려 사항도 고려해야 합니다.

라이트 파이프 카테고리

일반적으로 리지드 파이프와 플렉시블 파이프의 두 가지 유형의 광파이프가 사용됩니다.

리지드 라이트파이프란 무엇인가요?

플렉시블 라이트파이프란 무엇인가요?

LED와 전면 패널 또는 기타 디스플레이 위치 사이의 장거리 또는 장애물 주변으로 빛을 이동해야 하는 경우 플렉시블 광파이프를 사용하는 것이 좋습니다. 플렉시블 광파이프 어셈블리는 빛샘 현상이 거의 또는 전혀 없는 어댑터와 렌즈 캡이 있는 플렉시블 광섬유로 구성됩니다. 플렉시블 라이트 파이프는 전자기 간섭(EMI)에 영향을 받지 않으며 정전기 방전(ESD) 펄스를 전도하거나 전달하지 않습니다.

플렉시블 라이트 파이프는 리지드 라이트 파이프보다 복잡하고 비용이 더 많이 들지만, 전면 패널의 표시 영역에 직선적으로 접근하지 못하게 하는 인쇄 회로 기판(PCB)의 부품을 우회할 수 있는 유연성을 제공함으로써 엔지니어의 접근성 문제를 해결합니다.

그림 5는 플렉시블 조명 파이프 설계의 다양한 부품을 보여줍니다. 구성 요소는 A 지점의 LED, 인접한 파이프로 빛이 새지 않도록 하는 SMD-22 어댑터, 플라스틱 광섬유(POF), POF에 접착되는 B 지점의 렌즈 캡으로 구성됩니다.

유연한 광파이프를 사용하면 B 지점의 렌즈 캡이 A 지점의 LED 광원으로부터 최대 330피트까지 떨어져 있기 때문에 표시기를 추가하거나 손상된 어셈블리를 쉽게 교체할 수 있습니다. 광파이프와 렌즈는 LED와 그 회로보다 패널 면 근처에 훨씬 적은 공간을 필요로 합니다. 인적 요소 엔지니어가 다른 표시기가 필요하고 공간이 문제가 되는 경우, 첫 번째 LED와 완전히 다른 위치에 있는 다른 LED에서 라우팅되는 유연한 어댑터를 사용하여 다른 표시기를 추가함으로써 대규모 재설계를 피할 수 있습니다. 설계 시간과 설계 공간의 결합으로 다양한 산업과 애플리케이션에서 비용 문제를 획기적으로 개선할 수 있습니다. 5가지 POF 재킷 색상은 기술자의 현장 설치 및 시각적 식별을 개선하고 사용자 매뉴얼의 참조를 명확하게 해줍니다.

리지드 유형과 플렉시블 유형의 비교

리지드 및 플렉시블 라이트 파이프는 두 가지 옵션을 제공합니다. 각각 장단점이 있습니다. 다음은 올바른 선택을 하는 데 도움이 되는 몇 가지 지침입니다.

광파이프 사용 시 설계 고려 사항

설계 엔지니어는 광 손실을 최소화하고 최상의 성능을 보장하기 위해 광파이프와 LED의 페어링에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 빛 손실을 최소화하면서 적절한 빛을 포착할 수 있도록 LED를 조명 파이프의 입구와 효과적으로 일치시켜야 합니다.

물론 광파이프 위치는 조명 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 빛 손실을 최소화하려면 시야각이 160도 이하로 좁은 LED를 사용하고 광파이프와 LED를 0.05인치 이하로 배치하는 것이 일반적인 규칙입니다. 디자인에 가장 적합한 제품을 얻으려면 이보다 더 많은 것이 필요합니다. 바로 이때 조명 시뮬레이션이 필요합니다. 유니티 팀에 문의하여 시뮬레이션을 실행하고 디자인에 가장 적합한 광파이프를 결정하세요. 그리고 사용하는 광파이프 유형에 따라 발생할 수 있는 제약 조건도 잊지 마세요: 리지드 라이트 파이프 설계 제약 조건 구부릴 수 없는 길이 제한: 프레스 핏: 1.20" 맞춤: 1.5" 표준: 최대 2인치, 더 짧은 버전도 제공 가능 유연한 광파이프 설계 제약 조건 최대 30도까지 구부리기

빛 번짐 감소의 중요성

빛 번짐은 LED 및 광파이프 영역 주변에서 LED의 빛이 보일 때 발생합니다. 라이트 블리드는 오판독, 음소거 및 혼합 색상, 인접한 라이트 파이프 간의 누화, 인클로저에서 원치 않는 빛의 발생을 유발합니다. 리지드 라이트 파이프가 LED 위에 위치하면 라이트 파이프 바닥에 일정량의 빛 번짐이 허용됩니다. 유연한 라이트 파이프는 코팅된 광섬유와 빛에 강한 검은색 어댑터를 사용하여 빛 번짐을 줄이도록 설계되었습니다.

디자이너가 개별 구성 요소(LED 및 광파이프)로 설계하거나 두 요소를 모두 포함하는 전체 솔루션을 사용할 수 있을 때 유연성이 극대화됩니다.

라이트 파이프는 A 지점에서 B 지점까지 최대한 효과적으로 빛을 전달하도록 설계되었습니다.

포인트 A: 입력 또는 광원이 있는 위치. 대부분의 경우 표면 실장(SMD) LED입니다.

포인트 B: 출구 표면 또는 최종 사용자가 장치의 인터페이스 또는 표시기 패널에서 불빛을 보는 곳입니다.

빛 손실 또는 빛 번짐은 A 지점에서 B 지점으로 이동하는 빛의 일부가 다른 곳으로 빠져나가거나 다른 곳에서 빛날 때 발생하므로 출구 지점에서 비출 수 있는 빛의 양이 줄어듭니다.

빛의 손실을 최소화하기 위해 설계자는 시야각이 넓은 LED 대신 시야각이 좁은 LED를 사용하여 빛이 빠져나갈 수 있는 광파이프와 LED 사이의 거리를 좁힐 수 있습니다. 광파이프와 LED 사이의 간격이 넓을수록 빛이 광파이프로 들어가 출구 지점까지 이동하기 전에 빠져나갈 수 있는 공간이 더 많아집니다.

참고: LED가 위치한 곳과 최종 사용자가 빛을 보는 출구 지점 사이에는 항상 어느 정도의 빛이 손실될 수 있습니다.

주요 사양 및 옵션

어떤 유형의 광파이프를 선택하든 디자인을 최적화할 수 있는 다양한 옵션을 사용할 수 있습니다.

LED 옵션에 대한 이해

표면 실장(SMD) LED는 PCB 표면에 장착되며 구멍이 필요하지 않습니다. 스루홀 LED는 PCB를 통해 리드를 삽입하고 납땜하여 레이어 간에 더 강력한 연결을 제공하여 장착되며, 일부 환경 스트레스 조건에도 견딜 수 있습니다. SMD LED는 스루홀 LED보다 더 작고 밝은 경향이 있습니다. 스루홀 및 SMD LED는 모두 다양한 크기, 색상, 광도 및 저전력 와트로 제공됩니다.

LED 색상. SMD LED와 스루홀은 다양한 단색으로 제공됩니다. SMD LED에는 흰색 또는 단색, 2색, 3색 등 다양한 색상 구성의 추가 옵션이 있습니다. 광파이프 어댑터는 두 가지 유형의 LED에 모두 사용할 수 있습니다. 또한 디자이너는 LED가 내장된 어댑터 또는 별도의 LED와 함께 사용할 수 있는 어댑터를 선택할 수 있습니다.

LED 크기. 표면 실장 LED는 산업 표준 크기를 기준으로 하며 스루홀 LED는 밀리미터(1.8mm, 3mm, 5mm) 크기를 기준으로 합니다. 예를 들어 0402 패키지(SM0402)는 대략적인 치수(길이 × 너비)를 기준으로 길이 약 0.4mm, 너비 약 0.2mm입니다.

LED 강도. SMD LED 및 스루홀의 광 출력(밝기 강도)은 일반적으로 밀리칸델라(mcd) 또는 루멘(lm) 단위로 측정됩니다. mcd 또는 lm 등급이 높을수록 빛의 강도가 더 밝습니다.

렌즈에 관한 모든 것

렌즈는 광파이프 끝에 장착되거나 성형되어 편리한 시각적 표시기를 제공하고 광파이프를 기계적 장애로부터 보호합니다. 일부 렌즈 매개변수는 다음과 같습니다:

렌즈 프로필. 프레넬 렌즈는 빛에 초점을 맞추도록 설계되어 그림자와 눈부심을 줄이고 넓은 시야각을 제공합니다. 단순한 평면 렌즈 프로파일 또는 돔 렌즈도 시야각을 높이기 위해 사용됩니다.

렌즈 색상. 모델에 따라 확산, 스모크 및 컬러(파란색, 검은색, 녹색, 회색, 빨간색, 노란색) 렌즈 옵션을 사용할 수 있습니다.

렌즈 크기 및 모양. 직경 2mm, 3mm, 4mm, 5mm 등 다양한 렌즈 크기를 사용할 수 있습니다. 원형, 타원형 및 직사각형 모양을 사용할 수 있습니다.

씰링 개스킷 및 IP 등급

많은 산업 분야의 애플리케이션은 열악한 환경에서 작동해야 하므로 렌즈 캡을 적절한 IP 등급. 렌즈 캡의 IP 등급은 먼지를 포함한 고체와 습기 또는 물을 포함한 액체의 침입에 대한 보호 수준을 나타냅니다. IP 등급은 "IPXY" 형식으로 표시되며, 여기서 X와 Y는 숫자 값입니다.

IP 등급의 첫 번째 숫자는 고체 물체에 대한 침투 보호 수준을 나타냅니다: IP0x(보호 없음)에서 IP6x(먼지에 대한 완벽한 보호)까지. 두 번째 숫자는 액체로부터의 보호 수준을 나타냅니다: IPx0(보호 없음)부터 IPx9(물 분사로부터의 보호)까지.

광파이프 관련 구성 요소

조명 파이프 디자인에는 LED, 파이프, 렌즈 이상의 요소가 포함됩니다. 완전한 시스템을 구성하려면 추가 구성 요소가 필요하며 각 구성 요소에는 여러 가지 옵션이 있습니다.

마운팅 유형

애플리케이션 및 제조 요구 사항에 따라 조명 파이프에 대한 다양한 장착 옵션이 있습니다.
유연하고 단단한 것만이 유일한 옵션이라면 선택의 폭이 제한될 수 있습니다. 라이트 파이프는 다양한 마운팅 유형을 수용할 수 있도록 설계되었습니다.
디자인에 적합한 광파이프를 선택할 때는 고정형과 플렉시블을 결정하는 것 외에도 몇 가지 다른 고려 사항이 있습니다. 전원과 전체 디자인 설치 공간에 따라 광파이프에 어떤 마운팅 유형을 사용해야 하는지 결정할 수 있습니다.