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[떠오르는 특허 기술⑥] 투명 전광판
 
특허뉴스 박진석 기자   기사입력  2019/05/14 [11:42]

  

▲ 투명전광판 구조도     © 특허뉴스

 

유리와 LED를 이용해 동영상, 문자 등의 구현이 가능한 투명전광판은 건축외장재 분야는 물론 광고용, 정보전달용, 경관용 등 실내외 다양한 분야에서 활용 가능하다. 특허 전문 리서치기관인 IP타깃이 발간한 ‘[기술&시장 리포트] 건물외장재용 투명 전광판보고서를 기반으로 건축외장재용 투명전광판 분야 특허 기술 트렌드 및 시장 동향을 분석한다. <편집자>

 

차세대 정보전달 매체

 

전광판이란 액정, 전구 또는 발광다이오드 등을 평면에 배열해 이미지 또는 정보를 표시하는 장치를 말한다. 전광판은 다양하게 변경되는 문자 및 그래픽을 표출할 수 있어 광고, 홍보, 상황판 및 정보 전달 매체로서 그 응용범위가 확대되고 있다. 전기조명을 이용한 반투명간판의 경우 형광등을 이용한 방식에서 고효율의 LED 광원장치를 이용한 방식으로 변경되는 추세이다. 최근에는 주로 LED전광판이 활용되고 있으며 LED 전광판의 핵심기술은 광원소자인 LED소자, LED소자로 구성되는 도트, 도트의 집합체인 모듈 설계기술 및 컨트롤러 등이다.

발광다이오드(LED, light emitting diode)는 화합물 반도체의 일종으로 Ga, P, As를 재료로 만든 전기 구동형 발광다이오드 소자이다. 반도체 p-n접합 구조에 순방향의 전류를 인가하면 빛 접합면에서 전자와 정공이 결합해 밴드 갭 에너지(band gap energy)에 해당되는 특정 파장의 빛을 만들어 낸다. 전광판 용도로는 전체 LED시장의 가장 큰 비중을 차지하는 가시광선 LED가 사용된다. LED는 광변환 효율이 높아 기존 백열등 대비 1/5 수준의 전력만을 소비하므로 에너지를 크게 절감할 수 있고 백열등 대비 15배 이상에 해당하는 반영구적인 수명을 가지고 있다. 환경규제 물질로 지정된 수은을 전혀 함유하지 않고 방전용 가스를 사용하지 않기 때문에 이산화탄소, 자외선 및 기타 유해성분을 방출하지 않는 환경 친화적 소재이다. 또한 반도체 소자로 크기가 작으므로 공간을 절약할 수 있고 다양한 디자인으로 구현될 수 있다.

도트(dot)는 디스플레이 화면의 물리적인 점으로서 빨강, 녹색, 파랑의 색상을 발광하는 다이오드로 구성되며 픽셀은 도트로 구성된 점에 해당된다. 픽셀은 해상도의 설정에 따라 변경될 수 있지만 도트는 디스플레이를 제작할 때 그 크기가 고정되며 해상도를 최대로 설정했을 때 한 도트가 한 픽셀에 해당된다. 전광판의 색상이 자연스럽게 표출되는 정도는 1개의 픽셀 내에 삽입된 도트의 색상 비율에 따라 결정된다.

모듈(module)은 도트를 행렬 형태로 배열해 숫자나 문자 등을 디스플레이 할 수 있고 도트의 개수에 따라 도트매트릭스라고도 한다. 일반적으로 16x16의 구조로 구현된 도트매트릭스를 의미하며 도트의 크기 및 모양 또는 전광판의 용도에 따라 그 크기가 구성된다.

컨트롤러(controller)는 입력받은 데이터를 저장해 전광판에 데이터를 표출되도록 하는 제어장치이며 EPROM, SRAM, MPU 등으로 구성된다. 소형 전광판부터 PC제어형 풀 칼라 전광판에 모두 적용되며 전광판에 텍스트, 그래픽 및 비디오 이미지의 디스플레이를 제어하는 핵심부품이다.

 

▲ 2016년 기준 전 세계 용도별 건설 시장 비중(한국수출입은행)     © 특허뉴스

 

다양한 전광판 활용 영역

 

과거 브라운관을 이용한 전광판 사용이 증가했으나 부피가 크고 전력소비가 크며 설치공간에 제약을 받아 사용이 제한적이였다. 평판시스플레이 패널의 경우 한동안 PDP, LCD 및 마이크로 미러어레이 등이 경쟁하다 LCD가 대세로 굳어졌다. 기존에 사용된 전광판 부품 소재로 LCD, OLED 등이 있는데, LCD 간판은 패널의 가격이 고가일 때는 비용 상의 문제로 많이 사용되지 않으나 대량생산으로 가격이 떨어지고 60인치 이상의 대형 패널 양상이 생산되면서 사용이 증가하고 있다. 대형화에 유리한 LED 디스플레이를 광고용 간판으로 사용하는 경우도 있으나 평판 디스플레이 방식에 비해 제작비용이 많이 들고 유지보수가 어려운 단점이 있어 제한적으로 사용된다.

또한 일반적으로 실외에서 사용되는 발광장치로는 네온, 냉음극방전관(CCL, cold cathode lamp), LED를 이용한 전광판 등이 널리 사용된다. 실내에서 사용되는 발광장치로는 외부전극 형광램프(EEFL, external electrode fluorescent lamp), 냉음극형광램프(CCFL, cold cathode fluorescent lamp), 발광다이오드 전광판 등이 사용된다. 그러나 네온이나 냉음극방전광은 고압의 전원을 사용해 전력소모가 많고 감전 및 화재의 위험이 있으며 수명이 짧다는 단점이 있다. EEFL이나 CCFL은 고주파를 사용한다는 점에서 실외에서는 사용하기 곤란하며 조도가 낮고 수명이 짧은 단점이 있다. LED를 사용하는 전광판의 경우 후면의 전선처리, 흑막처리 등에 의해 발광하는 면의 뒷면은 커버에 의해 막혀있어 한쪽방향만으로 발광하는 특징이 있다.

최근에 발광장치를 단순히 조명용, 홍보용으로 간판으로 사용하는 것보다 미적 감각이 부가된 디자인으로 인테리어 등에 대한 관심이 급증하고 있다. 따라서 건물외장재용 투명전광판 기술제품은 전·후면에 유리로 커버하고 사이에 LED를 설계해 기존에 사용된 전광판의 부품의 단점을 개선했다. 투명전극에 여러 개의 LED를 부착하고 컨트롤러에 의한 제어로 발광시켜 투명전극에서 문자나 도형, 동영상을 표현 가능하도록 제작된 투명전광판이다.

주요 적용분야는 광고용, 정보전달용 실내 전광판 및 실외 전광판으로 적용되며 적용범위를 확대해 건축물 외장재용 혹은 경관용 건축외장재로 사용될 수 있다. 따라서 광고용, 정보전달용, 경관용 등 실내·외 전광판 분야 모두 적용이 가능하다.

 

▲ 전 세계 상업용 건축물의 외장재 유리 시장규모 추정 현황 (World Flat Glass, Freedonia Group)(단위 억원 )     © 특허뉴스

 

광고용 전광판 기술 동향

 

전기식 간판의 핵심기술은 디지털 시니어지로 변화하고 있는 광고용 전광판의 구성기술로, 최신 평판디스플레이의 구동기술과 디스플레이를 구동하기 위한 산업용 임베디드 컨트롤러를 포함하는 함체 제작기술, 콘텐츠 제작기술, 행인의 시선을 끌거나 관심을 유도할 수 있는 센서 및 인터페이스 기술 등으로 분류할 수 있다.

평판디스플레이 기술의 발전은 전기식 간판이 아크릴판과 배면조명을 이용한 단순 스태틱 조명에서 디지털 사이니지로 발전하는데 기여했다. 과거 브라운관을 이용한 다이나믹 사이니지도 있었으나 부피가 크고 전력소비가 크며 설치공간에 제약을 받아 사용이 제한적 이였다. LCD 배면 조명 장치는 형광등과 같은 CCFL에서 LED 방식으로 전환된다. LCD 외에 배면 조명이 필요 없는 유기EL 방식이 사용되는 경우도 있으며 이들 기술은 다이나믹 사이니지를 위한 평판 디스플레이뿐만 아니라 스태틱 간판의 발광을 위해 사용되는 경우도 있다.

단순한 스태틱 방식에서는 광고판의 디자인이 교체하기 전까지는 계속 유지되지만 평판디스플레이를 이용한 다이나믹 사이니지는 디스플레이의 콘텐츠를 지속적으로 바꾸어 주거나 동영상을 보여주어야 하기 때문에 이를 구동하기 위한 함체가 반드시 필요하다. 일반적인 소형 PC를 이용해 제작되는 경우도 있으나 안정성과 본체의 소형화 및 설치의 용이성을 위해 옥외용 임베디드 컨트롤러를 이용하는 경우가 많다. 일반 PC에 비해 전원장치가 단순화되고 사용기능을 필요한 기능에만 집중할 수 있도록 해 사용전력을 줄이는 등의 장점이 있다.

단순한 동영상을 보여주거나 내용을 교체하는 정도로는 지나가는 행인들의 관심을 끌기가 어려워 다양한 사용자가 인터페이스를 이용해 관심을 유도하는 경우가 늘어나고 있다. 디지털 사이니지에 터치센서를 적용해 사용자가 원하는 정보를 보여준다거나 QR코드를 이용한 정보제공, 평상시에는 일상적인 정보를 보여주고 있다가 행인이 앞을 지나갈 때 이를 감지해서 다른 정보를 보여주는 등의 센서 응용기술이 등장하는 추세이다. 사용자 인식을 위한 센서로는 적외선 방식, 초음파센서방식, 정전용량 터치 방식 등을 사용하는 경우가 많다.

고정형 간판인 스태틱 전광판의 경우 LEDOLED 같은 고효율 발광 소자를 이용하거나 점광원이 아닌 면광원을 이용한 기술이 주를 이루고 있다. 디지털 사이니지에 관련된 기술은 패널의 대형화, 고효율의 광원을 이용한 저전력화, 유지보수를 용이하게 하기 위한 자기진단기능 및 통보기능 탑재, 투명디스플레이를 활용한 실물과 가상의 조화 등이 있다. 고정식 간판과 디지털 사이니지가 동시에 사용되는 경우가 많을 것으로 보이며 대형 평판 디스플레이 가격이 하락함에 따라 디지털 사이니지의 수요가 더욱 증가할 것으로 예상된다.

 

▲ 디지털 사이니지 콘텐츠의 중소기업형 기술로드맵 (중소중견기업 로드맵)     © 특허뉴스

 

국내외 주요 특허 기술 트렌드

 

LED전광판은 최근 단순 광고, 홍보의 역할은 넘어서 미디어 아트, 미디어 파사드와 같이 예술의 영역까지 발전하고 있으며 LED전광판의 새로운 분야로 각광받고 있다. 그 대표적인 예로 미국 시카고의 밀레니엄 파크, 일본 도쿄의 샤넬타워, 영국런던의 02아레나, 독일 뮌헨의 알리안치 아레나 등이 있다. 디지털 기술의 발달로 인해 건축물 내·외부의 조명 환경에도 다양한 변화가 일어나고 있다. 이미 포화 상태의 전광판 기술은 다양한 방법으로 발전하고 있다.

단순 광고 및 홍보용으로의 전광판 기능에, 건물벽체 외장 자재용 기술을 접목해 융·복합 기술로 발전하고 있다. 전광판을 벽돌 혹은 타일 형태의 블록으로 모듈화해 건물 벽면에 시공할 수 있게 함으로써 건축물의 외장재로 활용함과 동시에 전광판의 기능을 수행하도록 타일블록 전광판 제조 기술도 개발된다. 성숙기에 해당되는 전광판 기술에 다양한 기술이 접목되어 새로운 기능을 첨가한 기능성 전광판 제조기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.

국내에서는 LED조명을 활용한 경관조명 시장이 급격히 확대되면서 건물 외벽에 LED조명을 설치하는 기존의 방식에서 벗어나 건물의 마감재 자체를 하나의 조명제품으로 사용하려는 시도가 곳곳에서 진행된다. LED조명업체와 건축마감재 제조업체 간의 협력을 통해 건물의 외장재 또는 마감재 자체를 하나의 조명제품화하는 경향이 강하게 나타나고 있다. 이런 최근의 트렌드가 가장 잘 반영된 사례로는 지난해 말에 등장한 서울스퀘어의 미디어캔버스를 꼽을 수 있다.

특히 메탈패브릭 가로바 와이어에 LED bar를 삽입해 사진 및 동영상을 구현하는 미디어메쉬(Media Mesh) 특허기술이 주목받고 있다. 기존 전광판 등의 방식은 구현 시 내부에서 외부 시야가 차단되어 건물 내에서는 시야 확보의 어려움이 있으나 미디어메쉬는 사진 및 동영상을 구현하여도 외부시야 확보가 용이하다. 주간에는 메탈패브릭, 야간에는 미디어메쉬 효과를 볼 수 있으며 크기 제한이 없고 상·하부 고정방식으로 설치가 용이하다. 그 대표적인 회사로, 독일의 GKD사의 Metallic Fabrics은 일반 wire철망(컨베이어벨트)과는 달리 스테인레스 스틸 와이어로프(wire rope)와 선재(rod bar)를 혼합해 제조하는 방식이다.

이와 함께 자신의 무게 이외의 하중을 거의 받지 않는 피막 같은 벽을 의미하는 커튼월(Curtain wall) 기술도 주목된다. 기둥과 보가 건물에 가해지는 수직하중과 바람 등에 의한 수평하중을 지지하는 구조로, 벽은 공간을 나누는 칸막이 기능만을 한다. 이러한 특징에서 커튼과 월의 합성어인 커튼월이라는 이름이 붙여졌다. 고층 혹은 초고층 건물의 경우, 공장에서 미리 제작한 외벽 패널을 조립하는 경우가 많다. 공장에서 제작되므로 대량생산이 가능하고, 패널을 규격화해 통일시키는 것이 특징이다. 근대 모더니즘 양식에서 시작되어 현재도 많은 건축물의 표피가 커튼월로 형성된다. 특히, 기둥과 보를 내부에 숨기고 유리로 매끄럽게 감싼 고층 건물이 증가하는 추세이다.

 

▲ 탑나노시스가 개발한 ‘투명 전광판 및 그 제조방법’ 특허     ©특허뉴스

 

이런 가운데 탑나노시스가 개발한 투명 전광판 및 그 제조방법특허는 투명기판과 폴리머로 형성된 투명 전광판으로, 특정 패턴 영역을 사이에 두고 각각 이격 배치된 복수의 전도부들과, 특정패턴 영역에 형성된다. 전도부들과 일체로 형성된 비전도부를 구비하는 전극층과 특정 패턴 영역을 중심으로 서로 이격 배치된 전도부 사이를 연결하도록 설치된 발광소자를 갖췄다.

국내에서는 미디어메쉬, 선형 LED 기술 등 다양한 기술로 디지털사이니지 산업이 활성화 되고 있다. 미디어메쉬 타입의 전광판 예로 의정부 신세계백화점, 판교 NS 홈쇼핑 주차장, NHN 사옥 등이 있다. 서울스퀘어에 설치된 미디어캔버스. 건물 외벽의 타일과 창틀 자체를 하나의 조명제품으로 제작해 주간에는 조명제품의 설치 흔적을 전혀 찾아 볼 수 없게 했다. 아래는 미디어캔버스에 적용된 조명제품으로 타일, 창호와 결합될 수 있는 형태로 개발됐다. 한남동 일신빌딩에 설치된 커튼월. 창호 역할을 하는 철제 골조에 바타입의 LED조명이 내장돼 야간 조명 시 화려한 조명 효과를 연출한다. 휴먼LED가 제작한 이제품은 규격은 물론 색상까지 창호와 함께 설계돼 소등 시 외부에서 그 모습이 드러나지 않는다.


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기사입력: 2019/05/14 [11:42]  최종편집: ⓒ 특허뉴스
 
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