KR100977876B1 - 태양광, 풍력을 이용한 광섬유 발광형 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광, 풍력을 이용한 광섬유 발광형 표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광, 풍력 등의 자연에너지를 이용하여 자가발전이 가능한 광섬유 발광형 표시장치에 관한 것이다.
본 발명은 전면에 다수의 고정홀들이 설정된 패턴으로 형성된 베이스판과, 베이스판의 후면에 설치된 광원과, 광원으로부터 발생된 광을 전달하기 위한 것으로 결속부재에 의해 일측이 다발로 결속된 결속부를 형성하며 상기 고정홀들의 수보다 더 많은 수의 가닥으로 이루어진 광섬유들과, 광섬유들의 단면으로 광을 입사시키기 위해 상기 결속부와 상기 광원을 마주하도록 정렬시키는 정렬수단과, 광원과 연결되며 상기 광원에 구동전원을 공급하기 위한 배터리와, 배터리와 연결되며 풍력 및 태양에너지 중에서 선택된 하나 이상의 자연에너지를 이용하여 발전이 가능한 발전수단을 구비하고, 상기 광섬유들은 광이 출사되는 타단면의 휘도에 따라 그룹으로 분류되며, 상기 고정홀을 통과하여 상기 베이스판의 전면으로 단부가 노출되도록 상기 베이스판에 장착되는 제 1그룹과, 상기 베이스판에 미장착되는 제 2그룹을 포함하는 적어도 2개의 그룹으로 상기 광섬유들이 분류되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광, 풍력을 이용한 광섬유 발광형 표시장치{Luminous sign apparatus using optical fiber}

본 발명은 광섬유 발광형 표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광과 풍력 등의 자연에너지를 이용하여 자가발전이 가능한 광섬유 발광형 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 운전자가 야간에 주행 중일 경우 주행중인 차량의 주변 상태를 식별하기 어렵다. 특히 주행 중인 차량의 도로 주변에 가로등이 없는 경우 도로 상태뿐만 아니라 도로 표지판을 식별할 수 없게 되어 주행중 급커브의 도로가 있을 경우, 또는 일단정지와 같이 주행중인 차량의 현재 상태를 제어하기 위한 도로 표지판이 있는 곳에서 이를 식별할 수 없어 무시하고 주행하는 경우 사고가 발생할 확률이 높아지게 된다.

상기와 같은 이유에 의해 발광소자를 이용한 표지판이 개발되어 사용되고 있다. 이러한 도로 표지판은 운전자에 알리고 싶은 도로 표지부분에 대해서만 발광되므로 야간 주행시 운전자가 도로 표지를 쉽게 알 수 있어 도로 상태나 도로 표지판을 운전자가 미리 확인할 수 없어 발생하던 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

그러나, 발광소자를 이용한 표지판의 경우 많은 발광소자가 구비되어 있으므로 소비전력이 높아 충전용량이 큰 배터리를 사용하여야 하므로 생산원가가 상승할 뿐만 아니라 그 제작 공정이 복잡하다는 문제점이 있었다.

따라서 광섬유를 이용한 도로표지판이 최근에 선보이고 있다. 주지하는 바와 같이 광섬유는 소비전력이 적으면서도 고휘도의 발광력을 가지고 있고 자유변형이 좋은 장점이 있어 각종의 광고표시판이나 도로안내표시판 등 여러 가지 용도로 폭 넓게 사용될 수 있다.

대한민국 공개특허 제 2004-0011914호에는 광섬유를 이용한 광고시스템이 개시되어 있다.

개시된 광고시스템은 한개 이상의 광원이 설치되는 광원 어레이와, 광원 어레이가 고정되는 광원 고정구와, 여러가닥의 광섬유 절단면을 한개의 다발로 결합하는 결속링과, 광원과 결속링을 마주보게 결합하는 홀더 등을 포함하는 구성을 가져, 광원으로부터 발광된 빛(光)에 의해 광고문양에 끼워진 광섬유 보호캡이 조명되게 함을 특징으로 한다.

상기 개시된 바와 같이 광섬유를 이용한 종래의 표시장치들은 광원에서 발생한 빛을 광섬유 다발로 전달하기 위해 홀더를 통해 광섬유 다발과 광원을 정렬시킨다. 이 경우 광섬유 다발의 중심에 위치하는 광섬유의 단면은 광의 입사방향과 직각을 이루기 때문에 광섬유의 끝으로 전달되는 광은 밝지만 광섬유 다발의 중심에서 멀리 떨어진 곳에 위치하는 광섬유의 단면에는 광이 비스듬하게 입사되므로 상대적으로 광섬유의 끝으로 전달되는 광이 어둡다.

따라서 여러 가닥의 광섬유들이 하나의 다발을 이루어 광원으로부터 빛을 받지만 광섬유들의 끝을 통해 출사되는 광의 밝기가 달라 휘도가 불균일하다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 광섬유를 이용한 표시장치들은 광원에 구동전원을 공급하기 위해서 전원케이블과 연결된 상용전원을 이용하게 된다. 이 경우 전원케이블과 표시장치가 연결되어야 하기 때문에 설치 장소에 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 태양광 또는 풍력 등의 자연에너지를 이용하여 자가발전이 가능하도록 하여 설치가 자유로운 광섬유 발광형 표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 필요한 광섬유의 가닥 수보다 더 많은 가닥의 광섬유들을 다발로 결속시켜 사용함으로써 휘도가 낮은 광섬유를 배제하여 휘도의 불균일을 최소화할 수 있는 광섬유 발광형 표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전면에 다수의 고정홀들이 설정된 패턴으로 형성된 베이스판과; 상기 베이스판의 후면에 설치된 광원과; 상기 광원으로부터 발생된 광을 전달하기 위한 것으로 결속부재에 의해 일측이 다발로 결속된 결속부를 형성하며 상기 고정홀들의 수보다 더 많은 수의 가닥으로 이루어진 광섬유들과; 상기 광섬유들의 단면으로 광을 입사시키기 위해 상기 결속부와 상기 광원을 마주하도록 정렬시키는 정렬수단과; 상기 광원과 연결되며 상기 광원에 구동전원을 공급하기 위한 배터리와; 상기 배터리와 연결되며 풍력 및 태양에너지 중에서 선택된 하나 이상의 자연에너지를 이용하여 발전이 가능한 발전수단;을 구비하고, 상기 광섬유들은 광이 출사되는 타단면의 휘도에 따라 그룹으로 분류되며, 상기 고정홀을 통과하여 상기 베이스판의 전면으로 단부가 노출되도록 상기 베이스판에 장착되는 제 1그룹과, 상기 베이스판에 미장착되는 제 2그룹을 포함하는 적어도 2개의 그룹으로 상기 광섬유들이 분류되는 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유들을 따라 수분이 이동하여 상기 광원방향으로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 결속부는 위쪽을 향하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 발전수단은 간접광에 의한 발전효율을 증대시키기 위해 결정계 실리콘 소재의 제 1태양광 발전모듈과, 비결정계 실리콘 소재의 제 2태양광 발전모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1태양광 발전모듈 또는 상기 제 2태양광발전모듈의 경사각도는 41 내지 43도인 것을 특징으로 한다.

상기 발전수단은 풍력을 전기에너지로 변환시키는 풍력발전유니트이고, 상기 풍력발전유니트는 상기 베이스판에 설치되는 지지프레임에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 지지바에 의해 원주방향으로 등 간격으로 설치되는 블레이드들을 구비하는 풍차를 포함하고, 상기 블레이드는 에어포일 형을 이루며 에지부와 테일부를 가지는 본체부와, 상기 회전축과 대응되는 블레이드 에지부의 내측면에 길이 방향으로 슬롯이 형성되고 상기 슬롯의 가장자리로부터 본체부의 내부로 연장되는 가이드들과 상기 가이드들에 의해 지지되어 슬롯으로부터 인입 및 인출되는 항력 발생깃이 구비되어 기동을 위한 항력을 증가시키는 항력 발생깃 유니트와, 상기 본체부의 내부에 설치되어 상기 항력 발생깃 유니트의 항력 발생깃을 상기 슬롯으로부터 인출 및 인입시키는 구동유니트가 구비되고, 상기 구동유니트는 수직 풍차의 회전 시 블레이드에 작용하는 원심력에 의해 구동되는 것으로, 가이드들에 의해 슬라이딩 가능하게 설치된 항력 발생깃의 후단부에 연결되며 상기 본체부의 내부에 설치된 가이드 블록에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되는 가이드 로드와, 상기 블레이드 본체부의 내부에 지지브라켓에 의해 회동가능하게 설치되는 링크부재와, 상기 링크부재의 일측단부에 설치되어 원심력에 의해 링크부재를 회전시키기 위한 웨이트부재와, 상기 링크부재의 타측단부와 상기 가이드 로드의 단부를 연결하는 로프와, 상기 링크부재와 가이드 로드의 사이에 설치되어 상기 로프를 가이드하는 가이드롤러와, 상기 가이드로드와 가이드 블록에 지지되어 상기 항력 발생깃을 슬롯의 출구측으로 탄성바이어스시키는 탄성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 발전수단은 풍력을 전기에너지로 변환시키는 풍력발전유니트이고, 상기 풍력발전유니트는 상기 베이스판에 설치되는 지지프레임에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 지지바에 의해 원주방향으로 등 간격으로 설치되는 블레이드들을 구비하는 풍차를 포함하고, 상기 각 블레이드는 에어포일 형을 이루며 에지부와 테일부를 가지는 본체부와, 상기 회전축과 대응되는 블레이드 내측면의 에지부에 길이 방향으로 슬롯이 형성되고 상기 본체부 내부에 설치되어 슬롯을 통하여 인입 및 인출되어 기동을 위한 항력을 증가시키는 항력 발생깃 유니트와, 상기 본체부의 내부에 설치되어 상기 항력 발생깃 유니트의 항력 발생깃을 상기 슬롯으로부터 인출 및 인입시키는 구동유니트를 구비하며, 상기 항력 발생깃 유니트는 상기 슬롯의 상,하단부 측으로부터 본체부의 내부로 연장되는 가이드들과, 상기 가이드들에 의해 지지되어 슬롯으로부터 인입 및 인출되는 항력 발생깃을 구비하며, 상기 구동유니트는 상기 본체부의 내부에 설치된 지지부재에 회전 가능하게 설치되는 이송기어와, 상기 이송기어의 회전중심과 나사 결합되며 단부가 상기 항력 발생깃에 회전가능하게 연결되는 리드스크류와, 상기 이송기어를 정, 역회전시켜 상기 리드 스크류를 구동시키는 모터를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 각 고정홀에 장착되어 상기 고정홀을 통과하는 광섬유를 상기 베이스판에 고정시키는 홀더들을 더 구비하고, 상기 각 홀더는 본체와, 상기 본체의 일단에서 연장되고 상기 본체의 외경보다 더 작은 외경을 갖도록 형성되며 상기 고정홀에 삽입되는 삽입부와, 상기 본체에서 상기 삽입부까지 중심을 관통하여 형성되며 상기 광섬유가 삽입되는 삽입홀을 구비하고, 외력에 의해 상기 삽입홀의 직경을 축소시킬 수 있도록 상기 삽입부는 외주에 형성된 절개 슬릿에 의해 다수로 분할된 압착편들로 구비된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 태양광 또는 풍력 등의 자연에너지를 이용하여 자가발전이 가능하도록 함으로써 설치가 자유롭다.

또한, 필요한 광섬유의 가닥 수보다 더 많은 가닥의 광섬유들을 다발로 결속시켜 사용함으로써 다발의 가장자리에 위치한 광섬유들을 배제하고 다발의 중앙에 위치한 광섬유들을 표지판의 발광용으로 이용함으로써 휘도의 불균일을 최소화할 수 있다.

그리고 본 발명에 적용된 풍차는 저속에서 구동을 위한 항력을 증가시키고, 고속에서 회전에 양력이 작용하는 블레이드의 공력특성을 향상시켜 저속에서 기동성을 용이하게 하고 고속에서의 회전토크를 증가시킴으로써 발전용량을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 발광형 표시장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 도 1의 표시장치를 나타내는 정면도이고,
도 3은 도 2에 적용된 풍력발전유니트를 나타내는 사시도이고,
도 4는 도 2의 표시장치를 나타낸 단면도이고,
도 5는 도 2의 요부를 발췌한 단면도이고,
도 6은 도 1의 요부를 나타낸 분리 사시도이고,
도 7은 도 1의 요부를 나타낸 단면도이고,
도 8은 도 1에 적용된 구동유니트를 나타내는 단면도이고,
도 9는 구동 유니트의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이고,
도 10은 도 9의 요부를 발췌한 사시도이고,
도 11은 본 발명에 적용된 홀더의 다른 실시 예를 나타내는 사시도이고,
도 12 및 도 13은 도 11의 홀더에 광섬유가 장착되는 상태를 나타내 보인 단면도이고,
도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 표시장치를 각각 나타내는 정면도이고,
도 16 내지 도 29는 본 발명에 적용되는 다양한 베이스판의 형태를 나타내는 그림 및 사진들이고,
도 30은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표시장치를 나타내는 정면도이고,
도 31은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표시장치의 요부를 나타내는 사시도이고,
도 32는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표시장치를 나타내는 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 태양광, 풍력을 이용한 광섬유 발광형 표시장치에 대해서 구체적으로 설명한다.

도면에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 발광형 표시장치로서 도로에 설치되는 교통표지판의 예를 도시하고 있다. 이러한 광섬유 발광형 표시장치는 야간에 각종 교통정보를 운전자나 보행자에게 알려주는 역할을 한다. 이외에도 본 발명은 도로 안내 표지판이나 광고판, 디스플레이에 적용될 수 있음은 물론이다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하면서 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 발광형 표시장치를 구체적으로 설명한다. 본 발명은 크게 베이스판(60)과, 광원(80)과, 광섬유들(70)과, 정렬수단과, 배터리(5)와, 발전수단을 구비한다.

베이스판(60)은 원판형으로 형성되며, 전면에는 도로의 각종 정보를 운전자나 보행자에게 알려줄 수 있는 숫자나 문자, 그림 등의 특정 패턴이 형성되고, 패턴을 따라 다수의 고정홀들(63)이 타공되어 일정간격으로 형성된다. 패턴은 별도의 시트지에 형성되고, 시트지가 베이스판 전면에 부착될 수 있다. 베이스판은 형상과 패널은 도 16 내지 도 29에 도시된 바와 같이 다양하게 형성될 수 있다.

바람직하게 베이스판(60)의 후면에는 본 발명의 구성요소들, 가령 광섬유나 광원, 배터리, 정렬수단 등을 수용할 수 있는 수용공간이 형성됨이 바람직하다. 따라서 도시된 예에서 베이스판(60)의 둘레를 따라 후방으로 일정길이 연장되는 측벽(61)이 형성된다. 그리고 베이스판(60)의 후면에는 수용공간을 밀폐시키는 커버(65)가 결합된다. 커버(65)는 나사부재에 의해 측벽(61)과 나사결합하거나 용접 등에 의해 결합될 수 있다.

베이스판(60)에 형성된 고정홀(63)에 광섬유(70)가 직접 삽입되어 베이스판(60)에 장착될 수 있으나, 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 고정홀(63)에 삽입되는 홀더(90)에 의해 광섬유(70)가 고정된다.

광섬유(70)를 고정시키는 홀더(90)는 원통형의 본체(91)와, 본체(91)의 일단에서 연장되고 본체(90)의 외경보다 더 작은 외경을 갖도록 형성되는 삽입부(95)와, 본체(91)에서 삽입부(95)까지 중심을 관통하여 형성된 삽입홀(97)을 구비한다. 본체(91)의 직경은 고정홀(73)의 직경보다 더 크게 형성된다. 홀더(90) 장착 후 홀더(90)가 고정홀(73) 내에서 유동되거나 이탈되는 것을 방지하기 위해 삽입부(95)는 고정홀(73)에 억지끼움 방식으로 결합된다. 베이스판(60)의 고정홀(73)에 홀더(90)가 삽입되어 장착되면 광섬유(70)를 베이스판(60)의 후면에서 홀더(90)의 삽입홀(97)로 삽입하여 광섬유(70)를 홀더(90)에 고정시킨다. 본체(91)에 형성된 삽입홀(97)은 광섬유(70)의 직경보다 더 크게 형성된다. 광섬유(70)를 홀더(90)에 삽입한 후 본체(91)에 위치한 삽입홀에 에폭시(99)를 주입하여 광섬유를 고정시킴과 동시에 실링처리를 한다.

한편, 도 11에 홀더(100)의 다른 예를 도시하고 있다. 도시된 홀더(100)는 본체(101)와, 본체(101)의 일측에 형성되고 본체(101)의 외경보다 더 작은 외경을 갖는 삽입부(103)와, 삽입부(103)의 일측에 형성되고 단부로 진행할수록 점진적으로 외경이 작아지는 가이드부(105)와, 본체(101)에서 가이드부(105)까지 중심을 관통하여 형성되며 광섬유(70)가 삽입되는 삽입홀(109)을 구비한다.

삽입부(103)는 본체(101)의 일측에서 일정 길이 연장되어 형성되되 동일한 외경을 갖도록 연장된다. 이때 삽입부(103)의 외경은 베이스판에 형성된 고정홀의 직경과 동일하거나 작게 형성될 수 있다. 가이드부(105)는 삽입부(103)와 접하는 부분의 외경이 삽입부(103)의 외경보다 더 크게 형성되고, 단부의 직경은 고정홀의 직경보다 더 작게 형성된다. 이러한 가이드부(105)는 고정홀로 홀더(100)의 삽입시 삽입을 용이하도록 가이드하는 역할을 함과 동시에 고정홀로부터 홀더(100)가 이탈되는 것을 방지한다.

홀더(100)는 외력이 가해지면 삽입홀(109)의 직경을 축소시키고 외력이 제거되면 삽입홀(109)의 직경을 확장시킬 수 있도록 삽입부(103) 및 가이드부(105)를 다수로 분할하는 절개 슬릿(107)이 형성된다. 절개슬릿(107)은 삽입부(103)에서 가이드부(105)의 단부까지 연속적으로 형성된다. 절개슬릿(107)은 삽입부(103)에서 가이드부(105)의 단부로 진행할수록 점진적으로 너비가 넓게 형성된다. 홀더(100)는 탄성변형이 가능한 소재로 사출성형되는 것이 바람직하다.

상술한 홀더(100)의 작용을 간단히 살펴보면, 도 12에 도시된 바와 같이 먼저 홀더(100)의 삽입홀(109)로 광섬유(70)를 삽입한다. 이때 본체(101)에 형성된 삽입홀(109)은 광섬유(70)의 통과시 삽입이 용이하도록 광섬유(70)의 직경보다 약간 더 크도록 경사지게 형성된다. 그리고 삽입부(109) 및 가이드부(105)에 형성된 삽입홀(109)은 광섬유(70)의 직경보다 약간 더 작게 형성된다. 본체(101)를 통과하여 광섬유(70)가 삽입부(103) 및 가이드부(105)의 삽입홀(109)로 삽입되면 절개 슬릿 구조에 의해 여러 개로 분할된 삽입부(103) 및 가이드부(105)는 바깥으로 벌어지면서 광섬유(70)가 충분히 통과될 수 있도록 직경을 확장시킨다. 광섬유(70)가 완전히 홀더(100)를 통과하면 도 13에 도시된 바와 같이 베이스판(60)의 고정홀에 홀더(100)를 삽입한다. 이때 가이드부(105)가 고정홀을 먼저 통과하여 삽입부(103)가 고정홀에 결합된다. 고정홀에 삽입된 삽입부(103)의 외주면에는 홀더(100)의 중심방향으로 외력이 작용하게 되고, 외력이 작용하게 되면 삽입부(103)와 가이드부(105)는 삽입홀을 축소하는 방향으로 오므라든다. 따라서 삽입부(103)의 내측면이 광섬유(70)의 외주면을 강하게 밀착함으로써 광섬유(70)를 홀더(100)에 고정시킨다.

본 발명에 적용된 광섬유(70)로는 유리광섬유나 플라스틱 광섬유를 이용할 수 있다. 특히, 바람직하게는 유리광섬유보다 광학적 특성과 가공성이 우수한 플라스틱광섬유를 이용한다. 플라스틱 광섬유는 단면적 대비 Core의 비율이 매우 크다. 예를 들면, 1mm Out-dia규격의 광섬유 Core dia는 0.98mm, Clad dia는 0.02mm이므로 광섬유 단면적 대비 Core 비율은 98%이다. 이는 플라스틱 광섬유의 빛 전달 효율이 매우 높음을 의미한다. 또한, 플라스틱 광섬유는 저가격화가 가능하고 뛰어난 벤딩(Bending)특성으로 인해 설치가 용이하고 외부충격에도 강한 장점을 지니고 있다.

이러한 플라스틱 광섬유는 고순도 아크릴 레진(PMMA : Polymethyl methacrylate)으로 된 코어와 특수 불소 폴리머(F-PMMA : Fluorine Polymethyl methacrylate)로 만들어진 얇은 클래드층으로 이루어진다. 클래드의 굴절율(refractive index)이 코어보다 낮으므로 광섬유의 일측 종단으로부터 들어온 광은 코어와 클래드의 접속면에서 전반사(Total-Reflection)를 일으켜 코어를 통하여 타측 종단으로 전달되어 나가게 된다.

베이스판(60)에 장착된 홀더(90)에 의해 각각 고정되는 다수의 광섬유들(70)은 베이스판 후면에 설치된 광원(80) 방향으로 연장된다. 광원(80)으로부터 출사된 광은 광섬유(70)를 통해 베이스판(60)의 전면으로 출사된다. 광원으로 발광다이오드를 이용할 수 있다.

하나의 광원(80)에서 다수의 광섬유들(70)로 광을 입사시키기 위해 광섬유들의 한쪽 끝은 다발로 결속하여 결속부(71)를 형성한다. 이를 위해 결속부재(75)를 이용하여 광섬유들(70)의 단부를 결속한다. 결속부재(75)는 내부가 빈 중공형태의 파이프 형상을 갖는다. 광원(80)은 하나 또는 둘 이상이 수용공간에 설치될 수 있고, 이 경우 각 광원(80)과 대응되도록 광섬유들(70)은 하나 또는 둘 이상의 다발로 나누어 형성할 수 있다.

정렬수단은 결속부(71)로 광을 입사시키기 위해 결속부(71)와 광원(80)을 마주하도록 정렬시킨다. 도시된 예에서 정렬수단으로 베이스판(60) 후면에 고정된 고정 브라켓트(115)와, 고정 브라켓트(115)에 결합된 결합링(110)으로 형성된다. 고정 브라켓트(115)는 베이스판(60)에 형성된 고정홀들(63) 중 최상부에 위치한 고정홀의 위치보다 더 높은 위치에 고정된다. 결합링(110)은 내부가 빈 파이프 형상으로 이루어진다. 결합링(110)의 일측에 결속부(71)가 삽입되고, 타측에는 광원(80)이 삽입되어 설치된다. 결속부재(75)의 외주면에 나사산이 형성되고, 결합링(110)의 하부 내주면에 나사산이 형성되어 결합링(110)과 결속부재(75)가 나사결합할 수 있다. 결합링(110)의 내부에서 광섬유(70)의 결속부(71)와 광원(80)은 마주하도록 배치된다.

이때 결속부(71)의 중심에 위치하는 광섬유(70)의 단면은 광의 입사방향과 직각을 이루기 때문에 베이스판(60) 전면으로 출사되는 광이 밝지만 결속부(71)의 중심에서 떨어진 곳에 위치하는 광섬유(70)의 단면에는 광이 비스듬하게 입사되므로 상대적으로 출사되는 광이 어둡다. 따라서 여러 가닥의 광섬유들(70)이 하나의 다발을 이루어 하나의 광원(80)으로부터 광을 전달받는 경우 광섬유들(70)의 끝을 통해 출사되는 광의 밝기가 달라 휘도가 불균일하다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서 광섬유들(70)은 광이 출사되는 타단면의 휘도에 따라 제 1 및 제 2그룹(73)(74)으로 분류할 수 있다. 이를 위해 본 발명에서 다발로 결속된 광섬유들(70)의 수는 고정홀들(63)의 수보다 더 많은 수의 가닥으로 이루어진다. 예를 들어 고정홀(63)이 100개 형성된 경우 광섬유 다발은 110개 내지 120개의 광섬유들로 이루어질 수 있다. 따라서 광섬유들(70)을 고정홀(63)에 하나씩 장착하게 되면 10개 내지는 20개 정도의 광섬유가 여유분으로 남게 된다. 베이스판(60)에 장착되는 100개의 광섬유들은 제 1그룹(73)으로 분류되고, 베이스판(60)에 미장착되는 10 내지 10개의 광섬유들은 제 2그룹(74)으로 분류한다. 제 2그룹(74)으로 분류되는 광섬유들은 주로 결속부(71)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치, 즉 결속부(71)의 가장자리 주변에 위치한 광섬유들로 이루어진다. 또한, 광섬유들 중 자체의 품질에 의해 휘도가 낮거나 광이 출사되지 않는 불량 광섬유들도 제 2그룹(74)으로 포함된다.

이와 같이 본 발명은 베이스판(60)의 발광에 필요한 광섬유들(70)의 수보다 더 많은 수의 광섬유들을 다발로 결속시켜 광원(80)과 정렬시키고, 단면을 통해 출사된 광이 다른 광섬유들에 비해 상대적으로 어둡거나 빛이 출사되지 않은 광섬유들은 배제하고 휘도가 높은 광섬유들을 골라 베이스판(60)에 장착하므로 휘도가 불균일해지는 것을 크게 감소시킬 수 있다.

한편, 상술한 예에서는 광섬유 다발은 2개의 그룹으로 분류하였지만, 3개 이상의 그룹으로 분류할 수 있음은 물론이다.

그리고 광섬유들(70)을 따라 수분이 이동하여 광원(80) 방향으로 유입되는 것을 방지하기 위해 결속부(71)는 광원(80)의 하방에서 광원(80)과 마주하도록 형성된다. 즉, 도시된 바와 같이 결합링(110)의 내부에서 상부측에는 광원(80)이 배치되고 하부측에는 결속부(71)가 배치된다. 우천시에 광섬유(70)와 홀더(90)사이에 발생하는 틈 또는 홀더(90)와 고정홀(63) 사이에 발생한 틈으로 빗물이 유입되어 광섬유(70)를 타고 빗물이 수용공간으로 흘러들어와 광원으로 침투할 수 있다. 본 발명에서는 결속부(71)가 상방을 향하도록 배치되어 있으므로 빗물이 결속부(71)로 흘러들어갈 수 없어 광원(80)을 수분으로부터 보호할 수 있다.

배터리(5)는 발전수단으로부터 생성된 전기에너지를 충전하고, 충전된 전기에너지를 광원(80)으로 공급한다. 배터리(5)로 충방전이 가능한 2차전지를 이용한다. 배터리(5)는 베이스판(60)의 후면에 마련된 수용공간에 수용된다.

그리고 배터리(5)에 전기에너지를 충전하기 위해 본 발명은 풍력 및 태양에너지 중에서 선택된 하나 이상의 자연에너지를 이용하여 발전이 가능한 발전수단을 이용한다. 도시된 예에서 발전수단으로 풍력을 이용하여 발전 가능한 풍력발전유니트(10)를 이용하고 있다.

도시된 예에서는 수직축형 풍차 구조가 적용된 풍력발전유니트(10)를 도시하고 있다.

풍력발전유니트(10)는 지지프레임에 의해 지지되며 수직으로 형성된 회전축(11)과, 회전축(11)에 방사상으로 설치되는 지지바(12)에 의해 원주방향으로 등 간격으로 설치되는 블레이드들(20)을 구비한다.

지지프레임(3)은 베이스판(60)의 후면에 통상적인 고정부재를 이용하여 고정시킨다. 지지프레임(3)의 상부에는 원통형의 하우징(150)이 형성된다. 하우징(154)의 하단에는 플랜지(155)가 형성되어 지지프레임(3)의 상단에 형성된 플랜지와 볼트(157)에 의해 결합된다. 하우징(154)에는 베어링 유니트가 설치되고, 베어링 유니트에는 하우징(154)으로 연장되는 회전축(11)이 결합된다.

하우징(154)의 내부에는 발전부(미도시)가 내장되고, 발전부는 하우징(154) 내부로 연장되는 회전축(11)과 연결된다. 발전부는 회전자와 발전코일로 이루어져 회전축과 연결된 회전자가 회전할 때, 발전코일에서 전자기 유도에 의한 유도기전력이 발생되도록 한 것이다. 그리고 회전축(11)과 발전부 사이에는 회전축(11)의 회전력을 증속시키는 증속부(미도시)가 더 설치될 수 있다. 증속부는 회전축(11)의 회전력을 증속시키는 것으로 유성기어장치를 이용한다. 유성기어장치는 선기어와, 선기어의 둘레를 자체 회전하면서 도는 유성기어의 조합으로 이루어져 회전력을 증속시킨다. 상술한 발전부 및 증속부는 통상적으로 구성을 갖는다.

블레이드(20)는 단면이 항공기의 날개 단면의 형상으로 형성된다. 즉, 블레이드는 본체부(21)와, 본체부의 전면에 형성되는 엣지부(22) 및 본체부(21)의 후단부에 위치되는 테일부(23)를 구비한다. 그리고 블레이드(20)의 내면 즉, 회전축(11)과 대응되는 블레이드(20)의 내면에 길이 방향으로 슬롯(31)이 형성된다.

그리고 블레이드(20)의 본체부(21) 내부에는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 슬롯(31)을 통하여 인입 및 인출되어 기동을 위한 항력을 증가시키는 항력 발생깃 유니트(32)가 설치되고, 상기 항력 발생깃 유니트(32)의 항력 발생깃(33)을 상기 슬롯(31)으로부터 인출 및 인입시키기 위한 구동유니트(40)가 설치된다.

항력 발생깃 유니트(32)는 슬롯(31)을 통하여 초기 구동 시 인출되고 주 회전 시, 즉, 주속비가 1이상의 회전 시에 슬롯(31)을 통하여 인입되는 항력 발생깃(33)과, 본체부(21)의 내부에 설치되어 상기 향력 발생깃(33)을 가이드하는 가이드(35)를 구비한다. 항력 발생깃(33)은 이의 단면이 판상 또는 에어 포일 형상으로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지 않고 항력을 증가시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 그리고 블레이드(20)의 내면에 대한 항력 발생깃(33)의 각도는 55도 내지 65도를 유지함이 바람직하다. 그리고 슬롯(31)은 블레이드(20)의 테일부(22)와 인접되는 측에 형성함이 바람직하며, 항력 발생깃(33)의 인출 길이는 블레이드의 부위에 따라 달라질 수 있다.

한편, 구동유니트(40)는 블레이드의 본체부(21) 내에 설치되어 상기 항력 발생깃(33)을 슬롯(31)을 통하여 인출시키거나 인입시키기 위한 것이다. 구동유니트(40)는 상기 본체부(21)의 내부에 설치된 지지부재(41)에 회전가능하게 설치되는 이송기어(42)와, 상기 이송기어(42)의 회전중심과 나사 결합되며 단부가 상기 항력 발생깃(33)에 결합되는 리드스크류(43)와, 상기 이송기어(42)와 치합되는 구동기어(44)를 정역회전시키기 위한 모터(45)를 구비한다. 도시되지 않았지만 모터(45)에 대한 전원의 공급은 회전축의 외주면에 회전축과 절연되도록 설치되는 고정전극들과, 프레임 또는 지주에 설치되며 상기 고정전극과 접촉되는 가동전극을 포함하는 로터리 커넥터로 이루어질 수 있는데, 상기 고정전극은 모터와 전선에 의해 연결되고, 상기 가동전극은 전원 공급선과 연결된다.

구동유니트(50)의 다른 실시예를 도 9 및 도 10에 나타내보였다. 상기 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도면을 참조하면, 구동유니트(50)는 수직풍차의 구동 시 블레이드에 작용하는 원심력에 의해 구동되는 것으로, 상기 가이드(35)들에 의해 슬라이딩 가능하게 설치된 항력 발생깃(33)의 후단부에 연결되며 블레이드 본체부(21)의 내부에 설치된 가이드 블록(51)에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되는 가이드 로드(52)를 구비한다. 상기 항력 발생깃(33)은 가이드 블록(51)에 지지되며 가이드 로드(52)에 설치되는 탄성부재인 스프링(53)에 의해 외측 즉, 슬롯으로부터 인출되는 측으로 탄성바이어스 된다. 여기에서 상기 가이드 로드(52)에는 스크링의 단부측을 지지하는 스토퍼가 설치될 수 있다.

그리고 상기 블레이드 본체부(21)에 고정된 지지브라켓(54)에는 회동가능하게 링크부재(55)가 설치되고, 이 링크부재의 일측 단부에는 원심력에 의해 링크부재를 회전시키기 위한 웨이트부재(56)가 설치된다. 상기 링크부재(55)와, 상기 가이드 로드(52)의 단부는 로프(57)에 의해 연결되고, 링크부재(55)와 가이드 로드(52)의 사이에는 상기 로프(57)를 가이드 하기 위한 적어도 하나의 가이드 롤러(58)가 설치된다. 여기에서 상기 로프(57)는 인장력을 가지도록 설치되어 링크부재(55)의 회전과 동시에 인입될 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 구동유니트는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 원심력 또는 별도의 구동력을 인용하여 수직풍차의 고속회전 시 예컨대, 주속비가 1 이상일 때에 항력 발생깃(33)을 슬롯을 통하여 본체부의 내부로 인입시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

상술한 바와 같이 구성된 풍력발전유니트의 적용된 블레이드의 작용을 설명하면 다음과 같다.

블레이드에 작용하는 항력(抗力)과 양력을 이용하여 저속과 고속에서 회전력을 얻을 수 있다. 즉, 미풍(0.5 내지 1.5m/sec)에서 블레이드 후방인 테일부(23)와 인접되는 측에 형성된 슬롯(31)을 통하여 항력 발생깃(33)을 인출시킴으로써 바람에 의한 테일부(23)에서 항력과 엣지부로부터의 항력과의 차이가 생기는 현상을 제공함으로써 공기 역학적으로 사보니우스 효과를 얻어 미풍속역에서의 기동을 가능하게 하고, 고속주행 시 항력을 줄이고 양력이 작용하는 블레이드면을 넓게 하여 자이로밀 효과를 극대화시킬 수 있다.

이를 더욱 상세하게 설명하면, 주속비가 1이하에서 블레이드(20)에는 항력발생깃(33)이 돌출된 상태로 지지되어 있으므로 블레이드의 테일부(23)의 항력이 에지부(22)의 항력부다 상대적으로 커지게 되어 미풍에서 회전하게 되고, 이의 회전력에 의해 지속적으로 회전하게 됨으로써 사보니우스 효과를 극대화할 수 있다. 즉 항력 발생깃(33)이 돌출됨으로써 테일부측에서의 항력 발생면적이 상대적으로 넓어지게 되므로 미풍에서의 구동력과 회동력을 증가시킬 수 있다.

한편, 회전수가 증가함에 따라 블레이드(20)에는 원심력이 작용하게 되면, 도 7의 경우와 같이 모터가 구동되어 슬롯(31)로부터 항력 발생깃을 본체부의 내부로 인입시키거나, 도 9의 경우와 같이 링크부재(55)가 원심력에 의해 회전됨에 따라 로프(57)가 당겨져 항력 발생깃을 슬롯으로부터 인입시키게 된다. 즉, 원심력에 의해 항력 발생깃(33)의 인입은 링크부재(55)가 원심력을 받음에 따라 블레이드(20)의 외측으로 이동되고 이의 타측단부와 로프(57)에 의해 연결된 가이드로드(52)를 당기게 되어 항력 발생깃을 슬롯(31)으로부터 인입시키게 된다. 따라서 고속회전 시 블레이드(20)가 항력에 의해 회전이 방해되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같은 블레이드(20)의 구조는 항력형의 수직축형 풍차와 양력형의 수직축형 풍차의 장점을 겸비하는 것으로, 사보니우스 효과와 자이로밀 효과를 최대한으로 얻을 수 있다. 따라서 풍속(회전 정지 상태로부터 기동하는데 필요한 풍속)을 종래의 수직축형 풍차보다 더 낮게 할 수 있는 동시에, 저풍속(2~5m/sec)에 있어서의 회전력을 대폭 증대시킬 수 있고, 또한 중,고풍속(6m/sec 이상)에서의 회전수를 보다 증대시킬 수 있다. 즉, 광범위의 풍속역에 있어서, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 다른 풍력발전유니트(160)로 도 31에서와 같이 블레이드에 발생하는 항력으로 발전하는 항력형을 이용할 수 있다. 이는 통상적인 사보니우스형 풍차가 적용된다. 풍력발전유니트(160)는 베이스판에 지지되는 지지프레임(3)의 상부에 설치된다. 그리고 항력형으로서 패들형 풍차가 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 32에 도시된 바와 같이 풍력발전유니트(170)로 수평축형 풍차가 적용될 수 있다.

발전수단의 다른 예로 도 14에 도시된 바와 같이 풍력과 함께 태양에너지를 이용할 수 있도록 풍력발전유니트(10) 및 태양광발전모듈(150)로 구비된다. 풍력발전유니트(10)는 상술한 예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 태양광발전모듈(150)은 베이스판(60)의 후면에 고정되는 지지프레임(140)의 상부에 설치된다. 태양광발전모듈(150)은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 것이다. 바람직하게 태양광 발전모듈(150)의 경사각도는 41 내지 43도인 것이 바람직하다. 특히, 바람직하게 42도이다. 이 경사각도에서 1년 동안 평균 발전량이 가장 높다.

한편, 도 15에 도시된 바와 같이 발전수단으로 태양광발전모듈(150)이 단독으로 이용될 수 있다. 그리고 도 30에 도시된 바와 같이 간접광에 의한 발전효율을 증대시키기 위해 발전수단으로 결정계 실리콘 소재의 제 1태양광 발전모듈(151)과, 비결정계 실리콘 소재의 제 2태양광 발전모듈(153)로 구비될 수 있다. 제 1태양광발전모듈(151)은 베이스판(60)의 후면에 지지되는 지지프레임(140)의 상부에 설치되고, 지지프레임(140)으로부터 분기되는 보조프레임(141)에 제 2태양광발전모듈(153)이 설치된다. 결정계 실리콘 소재의 제 1태양광 발전모듈(151)은 직사광하에서 비결정계 실리콘 소재의 제 2태양광발전모듈(153) 보다 발전효율이 높다. 하지만, 가로수 등에 의해 직사광이 간섭되는 경우 발전효율이 크게 저하된다. 이 경우 간접광에서 발전효율이 높은 제 2태양광발전모듈(153)에 의해 발전용량을 보상할 수 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 풍력발전유니트 11: 회전축
12: 지지바 20: 블레이드
21: 본체부 22: 엣지부
23: 테일부 32: 항력발생깃유니트
40: 구동유니트 60: 베이스판
70: 광섬유 71:결속부
80: 광원 100:홀더

Claims (7)

1. 전면에 다수의 고정홀들이 설정된 패턴으로 형성된 베이스판과;
   상기 베이스판의 후면에 설치된 광원과;
   상기 광원으로부터 발생된 광을 전달하기 위한 것으로 결속부재에 의해 일측이 다발로 결속된 결속부를 형성하며 상기 고정홀들의 수보다 더 많은 수의 가닥으로 이루어진 광섬유들과;
   상기 광섬유들의 일단면으로 광을 입사시키기 위해 상기 결속부와 상기 광원을 마주하도록 정렬시키는 정렬수단과;
   상기 광원과 연결되며 상기 광원에 구동전원을 공급하기 위한 배터리와;
   상기 배터리와 연결되며 풍력 및 태양에너지 중에서 선택된 하나 이상의 자연에너지를 이용하여 발전이 가능한 발전수단;을 구비하고,
   상기 광섬유들은 광이 출사되는 타단면의 휘도에 따라 적어도 2개의 그룹들로 분류되며,
   상기 그룹들은 상기 고정홀을 통과하여 상기 베이스판의 전면으로 타단면이 노출되도록 상기 베이스판에 장착되는 제 1그룹과, 상기 제 1그룹에 속한 광섬유보다 휘도가 낮아 상기 베이스판에 미장착되는 제 2그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 발광형 표시장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광섬유들을 따라 수분이 이동하여 상기 광원방향으로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 결속부는 상기 광원의 하방에서 상기 광원과 마주하도록 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 발광형 표시장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 발전수단은 간접광에 의한 발전효율을 증대시키기 위해 결정계 실리콘 소재의 제 1태양광 발전모듈과, 비결정계 실리콘 소재의 제 2태양광 발전모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 발광형 표시장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1태양광 발전모듈 또는 상기 제 2태양광발전모듈의 경사각도는 41 내지 43도인 것을 특징으로 하는 광섬유 발광형 표시장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 발전수단은 풍력을 전기에너지로 변환시키는 풍력발전유니트이고,
   상기 풍력발전유니트는 상기 베이스판에 설치되는 지지프레임에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 지지바에 의해 원주방향으로 등 간격으로 설치되는 블레이드들을 포함하고,
   상기 각 블레이드는 에어포일 형을 이루며 에지부와 테일부를 가지는 본체부와, 상기 회전축과 대응되는 블레이드 에지부의 내측면에 길이 방향으로 슬롯이 형성되고 상기 슬롯의 가장자리로부터 본체부의 내부로 연장되는 가이드들과 상기 가이드들에 의해 지지되어 슬롯으로부터 인입 및 인출되는 항력 발생깃이 구비되어 기동을 위한 항력을 증가시키는 항력 발생깃 유니트와, 상기 본체부의 내부에 설치되어 상기 항력 발생깃 유니트의 항력 발생깃을 상기 슬롯으로부터 인출 및 인입시키는 구동유니트가 구비되고,
   상기 구동유니트는 수직 풍차의 회전 시 블레이드에 작용하는 원심력에 의해 구동되는 것으로, 가이드들에 의해 슬라이딩 가능하게 설치된 항력 발생깃의 후단부에 연결되며 상기 본체부의 내부에 설치된 가이드 블록에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되는 가이드 로드와, 상기 블레이드 본체부의 내부에 지지브라켓에 의해 회동가능하게 설치되는 링크부재와, 상기 링크부재의 일측단부에 설치되어 원심력에 의해 링크부재를 회전시키기 위한 웨이트부재와, 상기 링크부재의 타측단부와 상기 가이드 로드의 단부를 연결하는 로프와, 상기 링크부재와 가이드 로드의 사이에 설치되어 상기 로프를 가이드하는 가이드롤러와, 상기 가이드로드와 가이드 블록에 지지되어 상기 항력 발생깃을 슬롯의 출구측으로 탄성바이어스시키는 탄성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 발광형 표시장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 발전수단은 풍력을 전기에너지로 변환시키는 풍력발전유니트이고,
   상기 풍력발전유니트는 상기 베이스판에 설치되는 지지프레임에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 지지바에 의해 원주방향으로 등 간격으로 설치되는 블레이드들을 포함하고,
   상기 각 블레이드는 에어포일 형을 이루며 에지부와 테일부를 가지는 본체부와, 상기 회전축과 대응되는 블레이드 내측면의 에지부에 길이 방향으로 슬롯이 형성되고 상기 본체부 내부에 설치되어 슬롯을 통하여 인입 및 인출되어 기동을 위한 항력을 증가시키는 항력 발생깃 유니트와, 상기 본체부의 내부에 설치되어 상기 항력 발생깃 유니트의 항력 발생깃을 상기 슬롯으로부터 인출 및 인입시키는 구동유니트를 구비하며,
   상기 항력 발생깃 유니트는 상기 슬롯의 상,하단부 측으로부터 본체부의 내부로 연장되는 가이드들과, 상기 가이드들에 의해 지지되어 슬롯으로부터 인입 및 인출되는 항력 발생깃을 구비하며, 상기 구동유니트는 상기 본체부의 내부에 설치된 지지부재에 회전 가능하게 설치되는 이송기어와, 상기 이송기어의 회전중심과 나사 결합되며 단부가 상기 항력 발생깃에 회전가능하게 연결되는 리드스크류와, 상기 이송기어를 정, 역회전시켜 상기 리드 스크류를 구동시키는 모터를 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유 발광형 표시장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 각 고정홀에 장착되어 상기 고정홀을 통과하는 광섬유를 상기 베이스판에 고정시키는 홀더들을 더 구비하고,
   상기 각 홀더는 본체와, 상기 본체의 일측에 형성되고 상기 본체의 외경보다 더 작은 외경을 갖는 삽입부와, 상기 삽입부의 일측에 형성되고 단부로 진행할수록 점진적으로 외경이 작아지는 가이드부와, 상기 본체에서 상기 가이드부까지 중심을 관통하여 형성되며 상기 광섬유가 삽입되는 삽입홀을 구비하고,
   상기 홀더는 외력이 가해지면 상기 삽입홀의 직경을 축소시키고 외력이 제거되면 상기 삽입홀의 직경을 확장시킬 수 있도록 상기 삽입부 및 가이드부를 다수로 분할하는 절개 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 발광형 표시장치.

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