많은 기업이 -30°C~+70°C(-22°F~+158°F)의 극한 온도 범위에서 작동하도록 설계된 실외용 터치스크린이 예상 수명이 다하기 훨씬 전에 고장이 난다는 답답한 문제로 당사를 찾아옵니다. 강한 햇빛, 온도 변화, 심지어 영하의 조건에서도 견딜 수 있도록 제작된 이러한 스크린은 운영자와 개발자 모두를 놀라게 하는 방식으로 종종 고장이 발생하여 교체 비용, 유지보수 문제, 고객 불만족으로 이어집니다.
수년간의 실외 애플리케이션 작업을 통해 이러한 스크린이 고장 나는 가장 일반적인 이유를 파악했으며, 이러한 고장은 '실외 등급'이 실제로 무엇을 요구하는지에 대한 오해에서 비롯되는 경우가 많다는 것을 알게 되었습니다. 자연 냉각의 한계부터 종종 오해의 소지가 있는 기후 챔버 테스트 결과까지, 실외용 터치스크린을 작동하는 데 따르는 장애물은 초기 사양을 훨씬 뛰어넘습니다. 이 게시물에서는 실외용 스크린이 실패하는 주요 이유와 냉각, 테스트 및 환경 인식에 대한 정보에 입각한 접근 방식이 어떻게 차이를 만들 수 있는지 자세히 살펴봅니다.
패시브 쿨링의 한계
패시브 쿨링이 종종 실패하는 이유
수동 냉각 또는 자연 대류는 기계식 팬이나 기타 활성 부품을 사용하지 않고 열을 발산하는 방법입니다. 이 방식은 장치 표면의 자연스러운 공기 흐름을 활용하여 열을 외부로 방출합니다. 이 방법은 특정 조건에서 작동하지만, 특히 극심한 더위와 햇빛에 많이 노출되는 실외 환경에서는 높은 열 부하를 관리하는 데 본질적으로 한계가 있습니다.
주변 온도가 약 50°C(122°F)에 달하는 환경에서 패시브 쿨링을 사용하는 15.6인치 터치 스크린 모니터는 기기 뒷면에 최적화된 대류 친화적인 방열판을 사용할 때 약 30와트만 열을 방출할 수 있습니다. 이 수치는 이러한 조건에서 열을 얼마나 효율적으로 방출할 수 있는지를 시뮬레이션하는 유한 요소법(FEM) 분석에서 도출된 것입니다. 그러나 이러한 계산에는 직사광선으로 인한 추가 열 부하가 고려되지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 능동 냉각을 보완하지 않고 수동 냉각에만 의존하는 실외 스크린은 안전 작동 온도를 빠르게 초과하여 디스플레이 오작동, 수명 단축 또는 전체 고장을 초래할 수 있습니다.
패시브 냉각에 대한 태양열 부하의 영향
실외 스크린은 높은 주변 온도 외에도 직사광선으로부터 흡수되는 열인 태양열 부하의 영향을 받습니다. 태양 부하는 특히 실외에서 지속적으로 사용하도록 설계된 장치에서 상당한 열 스트레스를 가중시킬 수 있습니다. 이러한 영향의 정도를 설명하기 위해 햇빛이 내리쬐는 15.6인치 터치 스크린의 태양 부하를 살펴 보겠습니다.
15.6인치 화면의 태양열 부하 계산하기
표면 면적 15.6" 실외 모니터: 0.0669 (m)2)
태양광 부하 태양광: 1000 (와트)/(m)2)
15.6인치 스크린 태양광 부하: 0.0669m2 x 1,000W/m2 = 66.9 와트
이 결과는 15.6인치 화면이 직사광선에 노출될 때 최대 66.9와트의 추가 열을 흡수할 수 있음을 나타냅니다. 주변 온도가 이미 50°C(122°F)인 경우 태양열 부하가 추가되면 화면의 내부 온도가 일반적인 LCD 작동 범위인 70-80°C(158-176°F)를 훨씬 뛰어넘게 됩니다. 따라서 수동 냉각만으로는 충분하지 않으며 기기가 종종 열 한계를 초과하여 잦은 과열과 조기 기기의 고장으로 이어질 수 있습니다.
기후 챔버 테스트가 실제 조건을 포착하지 못하는 이유
기후 챔버 테스트의 한계
기후 챔버 테스트는 극한의 온도 및 습도 조건을 시뮬레이션하기 위한 업계의 표준 관행입니다. 그러나 이러한 테스트는 종종 챔버 내의 제어된 강제 공기 흐름에 의존하기 때문에 실외 환경을 정확하게 재현하지 못합니다. 강제 공기 흐름은 인위적으로 열 방출을 개선하여 온도를 안정시키는 데 도움이 되므로 기기가 실외에서 경험하는 것보다 더 유리한 테스트 결과를 도출할 수 있습니다.
실제 실외 환경에서 터치 스크린은 냉각을 위해 전적으로 자연 대류에 의존하기 때문에 강제 공기 흐름만큼 효율적으로 열을 발산할 수 없습니다. 따라서 기후 챔버 테스트를 통과한 스크린도 실제 작동 조건, 특히 태양 부하가 심하고 주변 온도가 높은 환경에서는 성능을 유지하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.
실제 적용을 위한 테스트
실외 애플리케이션 테스트에는 항상 실제 시나리오와 일치하는 조건이 포함되어야 합니다. 실외용 터치 스크린의 경우 이는 강제적인 공기 흐름이 없는 고온 환경을 시뮬레이션하는 것을 의미합니다. 또한 단순히 보관 조건에만 초점을 맞추지 말고 디바이스의 전원이 켜진 상태에서 테스트를 수행해야 합니다. 작동 시 발생하는 열 부하를 시뮬레이션해야만 제조업체는 스크린이 실외에서 지속적으로 사용할 수 있는지 여부를 정확하게 평가할 수 있습니다.
환경 테스트 인식의 격차
업계의 부적절한 테스트 방법
많은 제조업체가 실제 환경에서 엄격한 환경 테스트의 중요성을 간과하고 있으며, 디바이스의 전원을 끄거나 이상적인 실험실 환경에서 테스트를 수행하는 경우가 많습니다. 이러한 테스트는 보관 내구성에 대한 데이터를 제공할 수 있지만, 실외 터치스크린의 신뢰성을 결정하는 실질적인 요소인 작동 복원력은 반영하지 않습니다.
LCD 백라이트의 열 발생에 비해 태양광 부하는 엄청납니다.
태양에 의한 태양광 부하는 매우 크며 일반적으로 대부분의 제조업체에서 이를 고려하지 않습니다. 30와트 모니터를 기후 챔버에 넣고 공기 흐름을 강제하는 것은 현실 세계를 반영하지 못합니다.
장치 전원은 필수입니다.
열이 많이 발생하는 시나리오에서 전원 테스트를 하지 않으면 제조업체는 실제 사용 환경을 견디지 못하는 화면을 출시할 위험이 있습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 테스트의 격차로 인해 실외에 배포할 때 화면이 예기치 않게 고장 나 고객의 신뢰가 약화되고 유지 관리 비용이 증가할 수 있습니다.
터치 스크린의 전원이 켜져 있으면 태양열과 높은 주변 온도에서 발생하는 환경 열과 더불어 자체 열이 발생합니다. 전원이 켜진 상태에서 테스트하면 화면의 내부 부품이 누적된 열 부하를 견딜 수 있는지 확인하여 디바이스의 내구성을 현실적으로 측정할 수 있습니다. 이 단계를 간과하면 테스트를 통과한 것처럼 보이지만 실제 현장에서 제대로 작동하지 않는 화면이 발생할 수 있습니다.
실외 스크린을 위한 액티브 쿨링의 중요성
액티브 쿨링의 작동 방식
자연 대류에만 의존하는 수동 냉각과 달리 능동 냉각은 팬과 같은 기계적 방법을 사용하여 장치의 방열판 위로 공기를 이동시킵니다. 이러한 강제 공기 순환은 열 방출을 크게 증가시켜 화면이 높은 열과 햇빛에 노출된 상태에서도 내부 온도를 안정적으로 유지하도록 도와줍니다.
복사에 의한 열 방출은 많지 않습니다.
복사에 의한 열 방출과 강제 대류에 의한 열 방출을 비교하면 다소 놀랍습니다. 15.6인치 터치 스크린의 예에서 복사에 의한 열 방출은 강제 대류에 의한 86와트에 비해 14와트에 불과합니다. 이 계산에는 고도로 최적화된 방열판 개념이 포함되어 있다는 점을 고려하시기 바랍니다. 일반적으로 시중에서 볼 수 있는 것은 밀폐된 검은색 파우더 코팅 스틸 박스입니다. 이는 성능이 현저히 떨어집니다. 사실상 대부분의 사람들이 만드는 것은 베이킹 오븐입니다. 100와트 전구를 아주 작은 강철 상자에 넣으면 더 잘 시각화할 수 있습니다.
고온이나 직사광선 아래에서 작동하는 터치스크린의 경우 능동 냉각은 일관된 성능을 보장하는 핵심 요소입니다. 능동 냉각 기능이 없으면 아무리 잘 설계된 스크린이라도 특히 높은 태양열 부하와 높은 주변 온도에 장시간 노출될 경우 과열로 인해 문제가 발생할 수 있습니다.
실제 시나리오에서의 액티브 쿨링
능동 냉각은 태양 부하가 높은 최대 50°C(122°F)의 환경에서 디바이스의 안정성을 유지하는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. 이러한 조건에서 패시브 냉각은 필요한 열을 방출하지 못하지만 액티브 냉각 시스템은 화면의 기능을 유지하고 작동 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 고온과 직사광선이 일상적인 지역에서는 과열로 인한 고장을 방지하고 시간이 지나도 화면이 안정적으로 작동하도록 하기 위해 능동 냉각이 필수적입니다.
실외 스크린 고장의 간단한 물리 원리
열 방출 한계
실외 터치 스크린의 열 고장은 기기의 발열량이 열 방출 능력을 초과하면 내부 온도가 계속 상승한다는 기본적인 물리학 원리로 귀결됩니다. 실외 환경에서는 태양열 부하와 주변 온도가 디바이스의 자연 냉각 능력을 넘어설 때 이러한 불균형이 빠르게 발생할 수 있습니다.
패시브 쿨링에만 의존하는 스크린은 특히 고온 환경에서 취약합니다. 주변 온도와 태양열 부하가 결합하여 자연 대류가 부적절한 조건을 만들면 과열이 불가피합니다. 이러한 열 스트레스는 부품의 성능 저하를 가속화하여 궁극적으로 디스플레이 고장, 성능 저하, 디바이스 수명 단축을 초래합니다.
왜 Interelectronix?
업계에서 거의 25년 동안 일하면서 안정적이고 내구성이 뛰어난 실외용 터치 스크린을 만드는 데 따르는 어려움을 잘 알고 있습니다. 우리 팀은 실외 애플리케이션에 대해 잘 알고 있으며 패시브 및 액티브 냉각 솔루션의 한계와 요구 사항을 모두 잘 알고 있습니다. 실제 테스트와 고급 냉각 기술을 결합하여 고객이 극한의 조건에서도 안정적으로 작동하는 터치 스크린 시스템을 개발할 수 있도록 지원합니다.
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