KR100896381B1 - LED traffic signal appratus - Google Patents

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Abstract

다수의 LED를 사용하는 교통 신호등에 있어서 LED 앞 투명 보호 커버에 마이크로렌즈 배열을 설치하여 교통 신호등 전면이 균일하게 보이게 하며, 고장이 난 LED가 보이지 않게 하고, 또한 시야각을 조절하여 시인성을 높이는 장치In traffic lights using multiple LEDs, a microlens array is installed on the transparent protective cover in front of the LEDs so that the front of the traffic lights can be seen uniformly, the broken LEDs are not visible, and the viewing angle is adjusted to increase visibility.

교통 신호등, 집광판, 마이크로 렌즈 배열 Traffic lights, condenser, micro lens array

Description

엘이디 교통 신호등의 시인성 향상 장치{LED traffic signal appratus}LED traffic signal appratus improvement device {LED traffic signal appratus}

도 1은 종래의 LED를 이용한 교통 신호등의 측단면도,     1 is a side cross-sectional view of a traffic light using a conventional LED,

도 2는 본 발명의 구면 투명 보호 커버에 설치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 측단면도,     Figure 2 is a side cross-sectional view including a micro lens array installed in the spherical transparent protective cover of the present invention,

도 2a는 본 발명의 평면 투명 보호 커버에 설치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 측단면도,     Figure 2a is a side cross-sectional view including a micro lens array installed in a flat transparent protective cover of the present invention,

도 2b는 본 발명의 도 2의 변형의 한 예를 나타내는 측단면도,     Figure 2b is a side cross-sectional view showing an example of a variant of Figure 2 of the present invention,

도 2c는 본 발명의 도 2b의 변형된 구조의 한 예를 나타내는 측단면도,     Figure 2c is a side cross-sectional view showing an example of the modified structure of Figure 2b of the present invention,

도 3은 본 발명의 작용 원리를 나타내는 도면,     3 is a view showing the principle of operation of the present invention,

도 4는 본 발명의 구형 마이크로 렌즈의 배치의 일예를 나타내는 평면도,     4 is a plan view showing an example of an arrangement of a spherical micro lens of the present invention;

도 4a는 본 발명의 벌집형 마이크로 렌즈의 배치의 일예를 나타내는 평면도,     4A is a plan view showing an example of an arrangement of a honeycomb micro lens of the present invention;

도 4b는 본 발명의 사각형 마이크로 렌즈의 배치의 일예를 나타내는 평면도,     4B is a plan view showing an example of an arrangement of a rectangular micro lens of the present invention;

도 4c는 본 발명의 렌티귤러 마이크로 렌즈의 배치의 일예를 나타내는 평면도.     4C is a plan view showing one example of the arrangement of the lenticular microlenses of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *      Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10: LED 배열기판, 12: LED      10: LED array board, 12: LED

20: 투명 보호커버 22: 마이크로 렌즈 배열 20: transparent protective cover 22: micro lens array

30: 교통 신호등 케이스 35: 주변광을 차단하는 챙    30: Traffic light case 35: Visor to block ambient light

본 발명은 최근 많이 사용되고 있는 다수의 엘이디(light emitting diode, 이하 LED라 칭함)를 사용하는 교통 신호등의 개선에 관한 것이다. 기존의 다수의 LED를 사용하는 교통 신호등은 백열등을 사용하던 종래의 교통 신호등에 비하여 밝고, 수명이 길며, 전력소모가 적은 장점이 있었다. 그러나 교통 신호등 내의 개개의 LED가 눈에 보이고, 다수의 LED 가운데 불량한 여러 개의 LED가 고장이 남으로써 외관상 보기가 좋지 않으며, 균일한 빛을 발생하지 못함으로써 시인성에 있어서 불편을 유발하는 문제점이 있었다. The present invention relates to the improvement of traffic lights using a plurality of LEDs (light emitting diodes, hereinafter referred to as LEDs), which are widely used in recent years. Conventional traffic lights using a large number of LEDs have the advantages of bright, long life, and low power consumption compared to conventional traffic lights using incandescent lamps. However, the individual LEDs in the traffic light are visible, and a poor number of LEDs among the plurality of LEDs remain, which is not good in appearance, and there is a problem of causing inconvenience in visibility by not generating uniform light.

도 1은 기존의 다수의 LED를 사용하는 교통 신호등의 단면도이다. 전기 회로가 부착된 기판(10) 위에 여러 개의 LED(12)가 배열되어 있고, 투명 보호커버(20)로 덮여 있다. 케이스(30) 내부에는 LED에 전기를 인가하는 회로가 내장되어 있고, 바깥으로는 주변 광을 차단하여 LED 광의 시인성을 높이는 역할을 하는 챙(35)이 있다. 이와 같은 LED 교통 신호등의 구조의 문제점은, 개개의 LED가 보이고, 고장이 난 LED도 그대로 보이게 되어 시인성이 나쁘고, 운전자나 보행자들이 불필요한 시선을 유도하는 문제점이 있다. 1 is a cross-sectional view of a traffic light using a plurality of existing LEDs. Several LEDs 12 are arranged on a substrate 10 to which an electric circuit is attached, and are covered with a transparent protective cover 20. The case 30 has a built-in circuit for applying electricity to the LED, the outside has a visor (35) that serves to block the ambient light to increase the visibility of the LED light. The problem of the structure of the LED traffic light is that the individual LEDs are visible, and the LEDs are broken as they are, so that visibility is bad, and drivers or pedestrians have a problem of inducing unnecessary eyes.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여, LED 기판 앞의 적당한 위치에 마이크로 렌즈 배열이 배치된 투명 보호커버를 설치함으로써, 개개의 LED로부터 나오는 광을 혼합하여 균일하게 하고, 고장 난 LED가 보이지 않게 하여 시인성을 개선하고자 하는 것이다. 또한, 이렇게 균일한 광을 방출하는 LED 교통 신호등을 설치하게 되면, 교통 신호등을 보는 사람들이 교통 신호등 내부에 배치된 LED를 보면서 불필요한 생각을 하지 않도록 하여 교통사고를 줄이는 효과도 있다. 마이크로 렌즈 배열판은 PET나 폴리카보네이트(polycarbonate) 등 기타 자외선이나 온도 변화에 내구성이 높은 투명한 플라스틱 재료를 성형하여 제작할 수 있으며, 기존에 설치된 LED 교통 신호등의 단순 투명 보호 커버를 마이크로렌즈 배열이 있는 투명 보호 커버로 대체하거나, 기존의 단순 투명 보호창 위에 마이크로렌즈 배열이 있는 투명 보호 커버를 간단히 덧댐으로써 동일한 효과를 유발할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a transparent protective cover in which a microlens array is disposed at an appropriate position in front of the LED substrate, thereby uniformly mixing the light emitted from the individual LEDs, so that the failed LED is not visible. To improve visibility. In addition, if the LED traffic signal is installed to emit a uniform light, it is also effective to reduce traffic accidents so that people watching the traffic light do not think unnecessary while watching the LED placed inside the traffic light. Micro lens array plate can be manufactured by molding transparent plastic material that is highly durable against UV or temperature change such as PET or polycarbonate, and the transparent lens cover with micro lens array The same effect can be caused by replacing the protective cover or by simply adding a transparent protective cover with a microlens array on the existing simple transparent protective window.

또한, 본 발명은 내부의 LED가 보이지 않게 함으로써 높은 휘도의 광을 방출하는 LED를 사용함으로써 LED의 수를 줄일 수 있으며, 더 낮은 가격의 LED 교통 신호등을 생산할 수 있도록 한다.In addition, the present invention can reduce the number of LEDs by using LEDs that emit light of high brightness by making the LEDs invisible, and it is possible to produce lower cost LED traffic lights.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다. The present invention for achieving the above object will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 LED 앞에 투명 보호 커버(20)에 다수의 마이크로 렌즈들이 규칙적으로 배열된 마이크로 렌즈 배열(22)을 설치한 단면도를 나타낸다. 개개의 마이크로 렌즈의 직경은 수 마이크로미터에서 수 밀리미터 범위에서 가능하며, 상기 마이크로 렌즈의 면 형태는 구면렌즈, 비구면 렌즈, 토릭 면 등 실상을 형성하는 볼록 렌즈 기능 을 하는 면이 가능하다. 상기 마이크로 렌즈 배열(22)이 투명 보호커버(20)에 설치되는 위치는 투명 보호 커버(20)의 안쪽 면, 바깥 면, 또는 양쪽 면에 설치될 수 있다. 마이크로 렌즈 배열(22)은 투명 보호커버(20)와 동일한 투명 재료를 사용하여 일체형으로 제작하는 것이 경제성을 높이고 내구성도 좋아진다.FIG. 2 shows a cross-sectional view of the microlens array 22 in which a plurality of microlenses are regularly arranged on the transparent protective cover 20 in front of the LED. The diameter of the individual microlenses can be in the range of several micrometers to several millimeters, and the surface shape of the microlens can be a surface that functions as a convex lens for forming a real image such as a spherical lens, an aspherical lens, a toric surface, and the like. The position where the micro lens array 22 is installed on the transparent protective cover 20 may be installed on the inner side, the outer side, or both sides of the transparent protective cover 20. The microlens array 22 is made of a single body using the same transparent material as the transparent protective cover 20 to increase economics and improve durability.

도 2a는 도 2에서 투명 보호커버의 형태를 변형한 LED 교통 신호등의 단면도이다. 도 2에서 볼록한 형태의 투명 보호 커버(20) 대신에 평면 형태의 보호 커버(24)을 사용함으로써 좀 더 단순한 구조로 변형하였다. 그러나 LED 교통 신호등의 광학적 성능은 거의 동일하다. 평면 투명 보호 커버(24)에 설치되는 마이크로 렌즈 배열(26)은 평면 보호 커버(24)와 일체형으로 제작하는 것이 경제성을 높이고 내구성도 좋아진다.   FIG. 2A is a cross-sectional view of the LED traffic light modified from the shape of the transparent protective cover in FIG. 2. In FIG. 2, a planar protective cover 24 is used instead of the convex transparent protective cover 20, thereby transforming the structure into a simpler structure. But the optical performance of LED traffic lights is almost the same. The microlens array 26 provided in the planar transparent protective cover 24 is manufactured integrally with the planar protective cover 24 to increase economics and improve durability.

도 2b는 도 2에서 LED 배열판(10)을 수평선(40)으로부터 약간 아래 방향(42)으로 각도를 d 만큼 기울여서 보는 사람에게 더 강한 빛이 가도록 한 구조이다.   FIG. 2B is a structure in which the LED array plate 10 in FIG. 2 is inclined at an angle d slightly downward from the horizontal line 40 by d so that a stronger light goes to the viewer.

도 2c는 도 2a에서 LED 배열판(10)을 수평선(40)으로부터 약간 아래 방향(42)으로 각도를 d 만큼 기울여서 보는 사람에게 더 강한 빛이 가도록 한 구조이다.   FIG. 2C is a structure in which the LED array plate 10 in FIG. 2A is inclined at an angle d slightly downward from the horizontal line 40 by d so that a stronger light goes to the viewer.

도 3은 LED 배열 앞에 설치된 마이크로 렌즈 배열(22)의 작동원리를 나타내는 도면이다. LED(12)에서 나온 광(14)은 동시에 다수의 마이크로 렌즈 소자(23) 속으로 들어가서 다수의 실상을 상면(24)에 맺는다. 마이크로 렌즈 소자(23)의 크기가 수 마이크론에서 수 밀리미터 정도로 작아서 마이크로 렌즈 소자(23)의 수가 다수이기 때문에 하나의 LED로부터 나오는 광선은 수십개 혹은 수천개의 마이크로 렌즈소자로 입사하여 분산된다. 따라서, 한 개의 LED가 여러 개로 분산되어 보이게 되 므로 LED 교통 신호등 전체적으로는 균일하게 되는 효과가 발생한다. 이때 LED(12)와 마이크로 렌즈 소자(23) 사이의 거리 a와 마이크로 렌즈 소자(23)와 상면(24) 사이의 거리 b 사이에는 렌즈의 결상 공식 1/a + 1/b =1/f 가 성립한다. 여기에서 f는 마이크로 렌즈 소자(23)의 초점거리이다. a는 초점거리 f보다 작거나 클 수 있다. 마이크로 렌즈 소자(23)과 LED(12) 사이의 거리 a를 조절함으로써 상면(24)에 형성되는 실상에서 나오는 광선의 각도폭 k를 LED에서 개개의 마이크로 렌즈 소자(23)로 들어가는 광선의 각도폭 h보다 작거나 크게 조절할 수 있다. k가 h보다 작아지면 LED 교통 신호등의 휘도는 더 밝아지지만 시야각은 좁아지며, 반대로 k가 h보다 커지면 LED 교통 신호등의 휘도는 더 어두워지지만 시야각은 오히려 넓어진다. 이 기술은 장차 높은 휘도의 LED가 개발되면 적은 수의 LED를 사용해서 필요한 휘도를 달성하는데 적용될 수 있다.   3 is a view showing the operating principle of the micro lens array 22 installed in front of the LED array. Light 14 from the LED 12 enters into the plurality of micro lens elements 23 at the same time to form a plurality of images on the upper surface 24. Since the size of the micro lens element 23 is small, such as several microns to several millimeters, and the number of micro lens elements 23 is large, the light rays emitted from one LED are incident and distributed to dozens or thousands of micro lens elements. Therefore, since one LED is divided into several, the LED traffic light is uniformly generated. At this time, between the distance a between the LED 12 and the micro lens element 23 and the distance b between the micro lens element 23 and the image surface 24, the imaging formula of the lens 1 / a + 1 / b = 1 / f Hold. Here f is the focal length of the micro lens element 23. a may be smaller or larger than the focal length f. By adjusting the distance a between the microlens element 23 and the LED 12, the angular width k of the light rays coming out of the actual image formed on the upper surface 24 is changed from the LEDs to the individual micro lens elements 23. You can adjust less than or greater than h. If k is smaller than h, the brightness of the LED traffic light becomes brighter, but the viewing angle is narrower. Conversely, if k is larger than h, the brightness of the LED traffic light is darker but the viewing angle is wider. This technology can be applied to achieve the required brightness using fewer LEDs when high brightness LEDs are developed in the future.

도 4는 투명 보호커버(20) 위에 원형의 마이크로 렌즈 배열(22)을 배치하는 방식을 나타낸다. 도 4에 보여진 바와 같이, 마이크로 렌즈 배열(22)을 구성하는 원형의 마이크로 렌즈 소자들의 중심들이 정삼각형을 형성하도록 배치함으로써 단위 면적당 가장 많은 수의 마이크로렌즈가 배치되게 할 수 있다.   4 illustrates a method of disposing a circular micro lens array 22 on the transparent protective cover 20. As shown in FIG. 4, by arranging the centers of the circular microlens elements constituting the microlens array 22 to form an equilateral triangle, the largest number of microlenses can be arranged per unit area.

도 4a는 도 4에서 마이크로 렌즈 배열(22)을 변형한 것으로서, 원형의 마이크로 렌즈 소자 대신에 육각형의 마이크로 렌즈 소자(25)를 사용하여 마이크로 렌즈 배열(22)을 구성하고, 상기 육각형 마이크로 렌즈 소자(25)들을 투명 보호 커버(20) 위에 벌집 형태로 배치하는 것을 나타낸다.   4A is a variation of the microlens array 22 in FIG. 4, and instead of the circular microlens element, the microlens array 22 is formed using the hexagonal microlens element 25, and the hexagonal microlens element The arrangement of 25 in the form of a honeycomb on the transparent protective cover 20 is shown.

도 4b는 도 4에서 마이크로 렌즈 배열(22)을 변형한 것으로서, 원형의 마이크로 렌즈 소자 대신에 사각형의 마이크로 렌즈 소자(27)를 사용하여 마이크로 렌즈 배열(22)을 구성하고, 상기 사각형 마이크로 렌즈 소자(27)들을 투명 보호 커버(20) 위에 바둑판 형태로 배치하는 것을 나타낸다. 상기 사각형 마이크로 렌즈 소자(27)의 형태는 정사각형 또는 직사각형이 될 수 있다.   FIG. 4B is a variation of the microlens array 22 in FIG. 4, and the microlens array 22 is formed by using a rectangular microlens element 27 instead of a circular microlens element, and the rectangular microlens element (27) is shown in the form of a checkerboard on the transparent protective cover (20). The rectangular micro lens element 27 may be square or rectangular in shape.

도 4c는 도 4에서 원형의 마이크로 렌즈 소자로 구성된 마이크로 렌즈 배열(22)을 마이크로 렌티귤러(lenticular) 렌즈 배열(29)로 대체한 것을 나타낸다. 마이크로 렌티큘러 렌즈 배열(29)은 원형의 마이크로 렌즈 배열(22)보다 분산효과는 떨어지지만, 상기 마이크로 렌테큘러 렌즈 소자의 폭을 수 마이크론에서 수 밀리미터 정도로 미세하게 만들고, 길이는 투명 보호커버(20)에 꽉 차도록 설치하면 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있으며, 마이크로 렌티큘러 렌즈 소자의 구조는 1차원적 구조를 가지고 있어서 2차원적 구조를 가지는 원형의 마이크로 렌즈 소자보다 구조가 단순하여 제작이 쉽다는 장점이 있다. 마이크로 렌티큘러 렌즈 소자의 방향은 가로, 세로, 혹은 임의의 방향이 될 수 있다.    FIG. 4C shows that the micro lens array 22 composed of the circular micro lens elements in FIG. 4 is replaced with the micro lenticular lens array 29. Although the micro lenticular lens array 29 has less dispersion effect than the circular micro lens array 22, the micro lenticular lens element makes the width of the micro lenticular lens element fine from several microns to several millimeters, and the length of the transparent protective cover 20. It is possible to fully achieve the object of the present invention if it is installed to the full, and the structure of the micro lenticular lens element has a one-dimensional structure is simpler than the circular micro lens element having a two-dimensional structure, making it easy to manufacture There is an advantage. The direction of the micro lenticular lens element may be horizontal, vertical, or arbitrary directions.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, LED 교통 신호등에서 발생된 광을 마이크로 렌즈 배열 또는 마이크로 렌티큘러 렌즈 배열을 통과시켜서 각각의 LED의 실상을 여러개로 분산시킴으로써 내부의 개개의 LED가 보이지 않고 균일한 광을 발생시킬 수 있으므로, LED 교통 신호등의 시인성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 고휘도 LED를 사용하여 LED의 수를 감소시켜도 교통 신호등에서 나오는 광의 균일성이 보장되어 시인성을 유지할 수 있다.As described above, according to the present invention, the light generated by the LED traffic light is passed through the micro lens array or the micro lenticular lens array to disperse the actual state of each LED into several, so that the individual LEDs inside are not visible and uniform light. Since it can be generated, there is an effect of improving the visibility of the LED traffic light. In addition, even if the number of LEDs is reduced by using high-brightness LEDs, the uniformity of the light emitted from the traffic lights can be ensured to maintain visibility.

또한, 이미 설치된 LED 교통 신호등에도 본 발명의 마이크로 렌즈 배열이 설치된 투명 보호 커버를 기존의 단순한 투명 보호 커버와 교체하거나 간단히 추가부착함으로써 동일한 시인성 향상의 효과를 나타낼 수 있다.In addition, it is possible to exert the same effect of improving visibility by replacing or simply attaching the transparent protective cover provided with the microlens array of the present invention to the already installed LED traffic light with the existing simple transparent protective cover.

Claims (6)

LED를 사용하여 구성되는 교통 신호등에 있어서,In traffic lights constructed using LEDs, 다수개의 LED(12)가 일정 간격으로 배열되고, 외부의 전원과 연결되어 상기 LED(12)에 적정 전원을 인가하여 광이 발생되도록 하는 LED 배열기판(10);A plurality of LEDs 12 arranged at regular intervals, the LED array substrate 10 being connected to an external power source so that light is generated by applying proper power to the LEDs 12; 상기 LED 배열기판(10)의 전방에 이격되게 위치된 투명 보호 커버(20);A transparent protective cover 20 positioned to be spaced apart in front of the LED array substrate 10; 상기 투명 보호 커버(20)의 적어도 일면에 상기 투명 보호 커버(20)와 일체로 형성되고 직경이 수 마이크로미터에서 수 밀리미터 범위를 갖는 다수의 마이크로 렌즈 소자가 규칙적으로 배열된 마이크로 렌즈 배열(22); 및A micro lens array 22 in which a plurality of micro lens elements having a diameter ranging from several micrometers to several millimeters are formed integrally with the transparent protective cover 20 on at least one surface of the transparent protective cover 20. ; And 상기 투명 보호 커버(20)의 전방 측부에 설치되어 외부의 광선을 차단하는 챙(35)을 구비하는 LED 교통 신호등.LED traffic light having a visor (35) installed on the front side of the transparent protective cover 20 to block external light rays. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 배열(22)을 구성하는 마이크로 렌즈소자의 앞 뒷면의 형상은 구면을 기본으로 하되, 비구면이나 토릭 면 또는 이들의 조합등 실상을 형성할 수 있는 볼록 렌즈의 결상 특징을 갖는 LED 교통 신호등.The convex lens according to claim 1, wherein the shape of the front and rear surfaces of the microlens elements constituting the microlens array 22 is based on a spherical surface, and an image of a convex lens capable of forming an image such as an aspherical surface, a toric surface, or a combination thereof. LED traffic lights with features. 제 1 항에 있어서 LED(12)에서 발생한 광이 약간 하방으로 방출되도록 상기 LED 배열기판(10)을 하방으로 기울이는 것을 특징으로 하는 LED 교통 신호등.2. The LED traffic light according to claim 1, wherein the LED array substrate (10) is tilted downward so that the light generated from the LED (12) is slightly emitted downward. 제 1 항에 있어서, 마이크로 렌즈 배열과 일체형으로 제작되는 투명 보호커버(20)의 형상이 평면 또는 구면이 되는 것을 특징으로 하는 LED 교통 신호등.2. The LED traffic light as claimed in claim 1, wherein the shape of the transparent protective cover (20) integrally formed with the micro lens array is flat or spherical. 제 1항에 있어서, 투명 보호 커버(20)에 마이크로 렌즈 배열을 설치함에 있 어서, 마이크로 렌즈 배열(22)을 구성하는 개개의 마이크로 렌즈 소자가 원형, 육각형, 또는 사각형의 형상을 가지며, 상기 마이크로 렌즈 소자를 배열로 배치함에 있어서 바둑판 방식, 어긋난 바둑판 방식, 또는 벌집 구조 방식를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 교통 신호등.The micro lens array of claim 1, wherein in the installation of the micro lens array in the transparent protective cover 20, the individual micro lens elements constituting the micro lens array 22 have a circular, hexagonal or quadrangular shape. An LED traffic signal lamp having a checkerboard method, a shifted checkerboard method, or a honeycomb structure method in arranging the lens elements in an array. 제 1 항에 있어서, 마이크로 렌즈 배열(22) 대신에 유사한 기능을 수행할 수 있는 마이크로 렌티큘러 렌즈 배열(29)과 일체형으로 제작된 투명 보호 커버(20)를 특징으로 하는 LED 교통 신호등.2. The LED traffic light as claimed in claim 1, characterized in that the transparent protective cover (20) is made integral with the micro lenticular lens array (29) which can perform a similar function instead of the micro lens array (22).
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