KR101077921B1

KR101077921B1 - Ｌｅｄ 내부조명식 도로표지판

Info

Publication number: KR101077921B1
Application number: KR1020110025729A
Authority: KR
Inventors: 이원희
Original assignee: 주식회사 에이엘테크
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2011-10-31
Anticipated expiration: 2031-03-23

Abstract

본 발명은 LED를 이용한 면발광을 구현해 야간에도 뛰어난 원거리 식별성을 부여할 수 있는 도로표지판에 관한 것으로서, 외부의 기후변화 및 진동, 충격 등에 강하여 내측 보호기능을 수행하기에 적합한 재질로 이루어진 투명패널과, 상기 투명패널의 전면에 순차적으로 겹쳐져 부착되는 투과성 재귀반사지와 색상시트지를 포함하는 도형문자판;과, 상기 투명패널의 후면에 배치되는 도광판과, 상기 도광판의 가장자리를 따라 설치되고 다수의 LED가 실장된 LED 어레이 및 상기 LED 어레이를 덮도록 상기 도광판의 후면에 부착된 광반사 시트를 포함하는 LED 내부조명 패널;과, 상기 광반사 시트가 부착된 도광판의 후면에 밀착되는 후면판과, 상기 도형문자판과 상기 LED 내부조명 패널 및 상기 후면판의 조립체를 상호 고정시키도록 상기 조립체의 모서리를 결속시키는 외곽프레임을 포함하는 결합부재; 및 상기 LED 어레이에 실장된 다수의 LED를 구동시키는 전력을 공급하는 전원제어부;를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 내부조명식 도로표지판{Traffic sign having internal LED lightings}

본 발명은 도로표지판에 대한 것으로, 보다 상세하게는 LED를 이용한 면발광을 구현해 야간에도 뛰어난 원거리 식별성을 부여함으로써 야간 교통안전 위험지역을 운행하는 초보운전자, 초행길운전자, 노인운전자 등의 교통사고 약자계층에게 보다 능동적인 야간 교통안전 환경을 조성할 수 있을 뿐만 아니라 생산성을 고려한 매우 간단한 구조를 제공하고, 아울러 LED 광원의 수명에 직접적인 영향을 미치는 LED 광원부의 냉각 수단 및 외부로부터의 습기나 빗물 유입을 차단하는 수단을 갖춰 LED 고장의 주원인을 제가함으로써 LED 본래의 장수명의 장점을 현실적으로 구현한 LED 내부조명식 도로표지판에 관한 것이다.

일반적으로 도로의 표지판 시설물에는 규제, 지시, 주의 및 보조표지에 해당하는 교통안전표지판과 도로의 현황을 안내하는 도로표지판 등이 있으며, 이들 기존의 표지판은 통상 알루미늄 재질의 베이스판재 위에 재귀반사지를 부착하여 문자나 도형을 표현하는 구조로 구성되어 있으며, 자동차의 전조등 불빛의 재귀반사를 통해 야간에도 표지판 상에 도안화된 문자나 도형의 식별이 용이하도록 되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 표지판들은 주변이 밝은 주간에는 비교적 표지판의 내용 식별이 용이하지만 야간과 같이 어두운 때에는 재귀반사에 의한 식별가능범위가 좁은 각도로 제한되고, 특히 산악도로, 급커브길, 공사구간 또는 고속주행을 위한 도로 등에 있어서는 운전자가 인지하는 거리가 짧기 때문에 비교적 근거리에 접근해야만 식별이 가능하게 되어 교통사고 발생의 위험성이 대단히 높다.

특히 일교차가 큰 지역에서는 기온 차에 의해 표지판의 표면에 결로 현상이 발생하여 재귀반사의 특성을 완전히 상실하게 되어 도로표지판의 본연의 정보전달 기능을 전혀 수행하지 못하는 경우가 빈번하게 발생하기 때문에 이에 대한 대책 마련이 심각하게 요구되고 있는 실정이다

이러한 문제점을 일부 개선한 발명으로서 표지판의 내부에 형광등을 적용함으로써 피동적인 재귀반사의 한계를 벗어나 능동적인 발광이 가능한 내부조명식 도로표지가 제안된바 있다.

도 1은 표지판의 내부에 형광등을 적용한 내부조명방식 표지판(10)의 기본적인 예시도이다. 도시된 바와 같이, 플렉스(업계에서의 속칭은 후렉스) 재질 위에 실사출력 또는 칼라시트로 구성한 표지면(12)을 발광 표시하기 위하여 그 내부에 조명장치(14)를 내장하여 표지판(10) 자체에서 빛이 발광하도록 구성되어 있다.

이와 같은 방식은 조명장치로서 20W 또는 40W의 삼파장 형광등을 사용하기 때문에 전력 소비가 비교적 높고, 잦은 형광등 교체 주기와 정기적인 표지면 세척이 요구되는 등의 별도의 유지관리가 추가된다는 단점이 있다. 따라서 초기에 시범적으로 몇몇 지역에서 시행된 이후 현재에 이르러서는 거의 사용되지 않고 있는 실정이다.

한편 외부에서 별도의 외부조명을 설치하여 표지판 전체를 비춰주는 외부조명방식도 안출되었으나 이 또한 조사되는 빛의 각도에 따라 식별성이 향상되는 범위가 좁은 각도로 제한되고, 오히려 조명강도를 높일수록 표지판 자체의 인지성은 높아지는 반면 과다한 반사로 인해 내용의 식별성은 떨어지게 되는 등의 문제가 있었다.

또한 상기 방식들의 표지판 외에 표지판의 문자 또는 도형의 윤곽을 따라 LED가 돌출식으로 부착된 표지판이 제안되기도 했는데, 도 2는 이러한 LED를 이용한 도로표지판(20)의 기본적인 예시도이다.

도 2를 참조하여 그 구성을 설명하면, 표지면(22)에 문자나 표시도형이 페인트 등으로 표시되고 그 표시도형(21)을 발광 표시하기 위하여 표시도형의 형태를 따라 다수의 LED(24)를 설치하여 발광 표시하도록 구성되어 있다.

이와 같은 LED를 이용한 도로표지판은 표지면상에 LED를 직접 설치하는 것인데, 노출식으로 설치하기도 하지만 LED를 캡(26)으로 씌우거나 투명 커버를 설치하고 그 내측에 설치하는 등 보조적인 수단을 사용하여 외부환경에 노출된 LED의 고장을 방지하는 것이 일반적이다.

그러나 상기와 같이 LED를 설치하는 여러 방법이 제시되고는 있으나, LED 보호용 캡이나 커버들을 설치하게 되면 조도가 낮아진다는 단점이 있고, 이를 극복하기 위하여 고휘도 LED를 사용하는 경우 빛의 산란으로 인하여 원거리 식별이 거의 불가능하다는 단점이 있다. 결론적으로 LED가 외부에 돌출된 방식에 의해서는 고장발생의 근본적인 대책 마련이 사실상 어렵다고 볼 수 있다.

또한 도 1 및 도 2에 소개된 두 가지 방식의 표지판 공히 전력소비가 크며, 특히 도 1의 형광등 내부조명방식의 경우에는 정전시 안내기능이 전혀 불가능하다는 치명적인 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LED를 이용한 면발광을 구현하여 저전력 소비가 가능하면서도 야간에도 뛰어난 원거리 식별성을 부여한 도로표지판을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 LED 광원의 수명에 직접적인 연관이 있는 광원부의 냉각 및 방수, 방습을 고려한 구조를 제공하여 LED 고장의 주원인을 제거함으로써, LED 본연의 장점인 장수명의 구현이 가능한 LED 내부조명식 도로표지판을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 각 구성품의 모듈화를 통해 보다 간단한 시스템 구조를 갖춤으로써 모듈 단위의 제조가 가능하고, 또한 모듈 단위의 재고 확보가 가능함에 따라 높은 제조 생산성을 가진 LED 내부조명식 도로표지판을 제공하는데에도 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 LED 내부조명식 도로표지판은 투과성 재귀반사지 및 상기 투과성 재귀반사지의 전면에 순차적으로 겹쳐져 부착되는 색상시트지를 포함하는 도형문자판;과, 상기 도형문자판의 후면에 배치되는 도광판과, 상기 도광판의 가장자리를 따라 설치되고 다수의 LED가 실장된 LED 어레이 및 상기 LED 어레이를 덮도록 상기 도광판의 후면에 부착된 광반사 시트를 포함하는 LED 내부조명 패널;과, 상기 광반사 시트가 부착된 도광판의 후면에 밀착되는 후면판과, 상기 도형문자판과 상기 LED 내부조명 패널 및 상기 후면판의 조립체를 상호 고정시키도록 상기 조립체의 모서리를 결속시키는 외곽프레임을 포함하는 결합부재; 및 상기 LED 어레이에 실장된 다수의 LED를 구동시키는 전력을 공급하는 전원제어부;를 포함한다.

그리고 본 발명은 외부의 기후변화 및 진동, 충격 등에 강하여 내측 보호기능을 수행하기에 적합한 재질로 이루어진 투명패널 또는 광확산패널을 구비할 수 있으며, 이때 상기 도형문자판은 상기 투명패널 또는 광확산패널의 전면에 부착된다.

여기서 상기 LED 어레이는 상기 다수의 LED가 상기 도광판의 중심을 향해 발광하는 방향으로, 상기 도광판의 가장자리를 따라 형성된 LED 어레이 삽입홈 안에 설치된다.

또는 대안적으로 상기 LED 어레이는 상기 다수의 LED가 상기 도광판의 중심을 향해 발광하는 방향으로, 상기 외곽프레임의 내측에 설치될 수 있다.

그리고 상기 색상시트지는 문자나 도형을 표현하는 형상을 가지는 투명 색상필름인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 도광판의 후면에는 V-자 형상의 단면을 가진 광굴절 반사홈이 다수개 형성된다.

이때 상기 다수개의 광굴절 반사홈은 상기 도광판의 가장자리로부터 중앙으로 갈수록 조밀해지는 것을 특징으로 한다.

한편 상기 LED 어레이에는 상기 LED에 공급되는 전력을 정격전류치의 95% 이하로 제한하는 출력조절 저항이 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 LED 어레이와 상기 후면판 사이의 접촉면에는 열전도 테이프가 개재될 수 있다.

그리고 상기 열전도 테이프는 상기 LED 어레이 삽입홈이 노출되지 않도록 완전히 밀폐시키는 폭을 가지는 것이 바람직하며, 상기 LED 어레이에는 투명 에폭시나 투명 실리콘 또는 투명 우레탄 소재가 도포된 방수코팅이 형성될 수 있다.

또한 상기 도형문자판과 상기 LED 내부조명 패널 및 상기 후면판의 조립체의 가장자리를 따라 방수테이프가 테이핑될 수 있다.

그리고 상기 조립체와 외곽프레임 사이의 전후면 체결부에는 투명 실리콘이 도포될 수 있으며, 이때 상기 조립체와 체결되는 상기 외곽프레임의 말단부에는 상기 투명 실리콘의 접촉면을 확대시키기 위한 경사진 면취부가 형성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 외곽프레임에는 방열핀이 구비될 수 있다.

그리고 상기 LED 어레이는 직렬 연결된 다수개의 LED로 이루어진 각각의 LED 어레이 유니트를 병렬로 연결한 직병렬 혼합구조로 구성된다.

그리고 상기 외곽프레임은 적어도 두 개 이상의 프레임 부재가 결합되어 형성되고, 상기 각 프레임 부재의 연결부분을 가로질러 보강꺽쇠가 결합될 수 있다.

여기서 상기 각 프레임의 연결부분에는 상기 프레임의 길이방향을 따라 삽입채널이 형성되고, 상기 보강꺽쇠는 상기 삽입채널 안에 삽입되어 고정볼트로 나사고정될 수 있다.

한편 상기 전원제어부는 태양전지로 이루어지고, 상기 전원제어부에 포함된 LED 온오프부는 발전전압 측정부에서 측정된 상기 태양전지에서 발전되는 가변 전압의 세기가 사전에 설정된 임계치 이상인 경우에는 상기 LED 어레이를 오프시키고, 임계치 미만인 경우에는 상기 LED 어레이를 온시키도록 제어할 수 있다.

그리고 상기 전원제어부에 포함된 축전지전압 측정부는 축전지에 충전된 전력을 측정하고, 축전지 보호부는 충전된 전력이 사전에 설정된 임계치 미만으로 떨어지면 상기 LED 어레이를 오프시키고, 다시 임계치 이상으로 올라가면 상기 LED 어레이를 온시켜 축전지의 방전을 방지할 수 있다.

아울러 상기 전원제어부는 조도측정부를 더 포함하고, 상기 조도측정부에 의해 측정된 외부조도에 비례하여 상기 LED의 출력을 10∼100% 범위 내에서 선형적으로 조절할 수 있다.

본 발명은 기존의 형광등을 이용한 내부조명식 표지판이나 LED 돌출식 표지판에 비해 비교적 저전력을 사용하면서도 매우 균등한 면발광이 이루어져 발광효율이 크게 향상되었기 때문에 교통표지판 및 도로표지판에 적용시 눈부심 현상 없이 원거리에서도 뚜렷하게 인식할 수 있어 사고예방에 매우 유용하다는 장점이 있다.

또한 본 발명은 LED 어레이가 도광판 내부에 삽입되어 도광판에 직접 빛을 쏘아주기 때문에 빛 전달 효율이 매우 좋고, 부피를 줄일 수 있으며 제작 방법이 간단하여 생산성에 매우 유리한 구조를 가진다는 장점을 가진다.

그리고 본 발명은 내부조명수단의 제작비용 및 전력소모를 크게 감소시켜 경제적일 뿐만 아니라 고열이나 과부하로 인한 고장 없이 LED 본연의 특성인 장수명의 장점을 최대한 누릴 수 있고, 도형이나 문자에 변경 요인이 발생하여도 도형문자판 만을 교체하여 변경할 수 있는 구조를 가지기 때문에 저렴한 비용으로 교체가 가능해 매우 경제적이다.

아울러 태양전지를 전력원으로 적용하게 되면 전기 인입공사가 별도로 요구되지 않아 오지나 산악지역 등 설치 장소에 제약을 받지 않고, 별도의 전력 비용도 들지않아 친환경적인 도로 안전환경의 조성이 가능하다는 이점을 가진다.

도 1은 종래의 형광등 내부조명식 도로표지판의 일례를 보여주는 도면.
도 2는 LED가 돌출식으로 부착된 도로표지판의 일례를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 LED 내부조명식 도로표지판의 외관을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 도로표지판의 구성을 보여주는 블럭도.
도 5는 본 발명에 따른 도로표지판의 상세한 구성을 보여주는 분해 사시도.
도 6과 도 7은 도광판에 형성된 광굴절 반사홈의 다양한 패턴을 보여주는 도면.
도 8과 도 9는 LED 어레이가 도광판에 형성된 삽입홈에 설치된 상태를 보여주는 도면.
도 10과 도 11은 외곽프레임의 결합과정을 보여주는 도면.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 LED 보호를 위한 방수, 방습 구조를 보여주는 도면.
도 15는 다수의 프레임 부재를 보강꺽쇠로 연결하여 외곽프레임을 구성하는 구조에 관한 도면.
도 16은 외곽프레임의 말단부에 면취부를 형성한 구성을 보여주는 도면.
도 17은 본 발명의 LED 어레이의 배선구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 18은 본 발명에 따른 LED 내부조명식 도로표지판의 또 다른 실시예의 외관을 보여주는 도면.
도 19는 도 18의 도로표지판의 구성을 보여주는 블럭도.
도 20은 도 18의 도로표지판의 전원제어부의 상세한 구성을 보여주는 블럭도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 LED 내부조명식 도로표지판(1)의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 하며, 상대적인 위치를 지시하는 전후(前後)나 상하좌우(上下左右), 내외(內外) 등의 용어는 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 상태를 기준으로 한다.

본 발명에 따른 LED를 이용한 내부조명식 도로표지판(1)은 도 3 내지 도 20에 도시되어 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LED 내부조명식 도로표지판(1)은 크게 보아 도형문자판(100), LED 내부조명 패널(200), 결합부재(300) 및 전원제어부(400)를 포함한다.

도형문자판(100)은 투과성 재귀반사지(112) 및 투과성 재귀반사지(112)의 전면에 순차적으로 겹쳐져 부착되는 색상시트지(114) 또는 옥외용 시트지 등을 순차적으로 부착하여 구성된 것으로서, 도로상황에 대한 각종 정보를 제공하는 기호, 도형, 숫자 등이 표시된 부분이다.

또한 도형문자판(100)은 외부의 기후변화 및 진동, 충격 등에 강하며, 내측 구조의 보호기능 수행에 적합한 재질로 이루어진 투명패널(110) 또는 광확산패널에 투과성 재귀반사지(112)와 색상시트지(114) 또는 옥외용 시트지 등을 순차적으로 부착하여 구성될 수도 있다.

즉 내후성과 내진성 등을 갖춰 내측 보호기능의 수행이 가능한 재질로 만들어진 투명패널(110) 또는 광확산패널상에 백색 투과성 재귀반사지(112)를 일층 부착한 뒤 색상시트지(114) 또는 옥외용 색상시트지를 추가로 부착함으로써 원하는 색상의 문자와 도형을 표현하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 투명패널(110) 또는 광확산패널은 폴리카보네이트 판재를 사용하였고, 백색 투과성 재귀반사지(112)로는 최근 개발된 "3M"사의 초고휘도 재귀반사지 4090T를 사용하였으며, 색상시트지(114)로는 동사의 EC 필름(Electro Cut Film, 색상필름)을 사용하였다.

폴리카보네이트는 내후성이 탁월하고 85%의 높은 가시광선 투과율을 가지고 있어, 앞서 기술한 투명패널(110) 또는 광확산패널로서의 요건을 갖춘 적합한 자재라고 할 수 있다.

그리고 투과성 재귀반사지(112)는 본 발명의 구현을 위한 필수 요소인데, 기존 백색 재귀반사지의 경우 가시광선 투과율이 22%에 불과하나, "3M"사의 4090T와 같은 투과성이 좋은 백색 투과성 재귀반사지(112)의 경우 가시광선 투과율이 35% 정도이기 때문에 기존 대비 약 50% 이상 많은 빛을 투과할 수 있어 광원 효율을 매우 높이는데 효과적이다.

실제로 기존 백색 재귀반사지 사용시 65W의 LED 조명이 필요한 표지판에서 위와 같은 투과성이 좋은 백색 재귀반사지(112)로 교체할 경우 45W의 LED 조명만으로 동일 휘도의 구현이 가능하기 때문에 재귀반사지의 구성을 개선함으로써 30% 이상의 소비전력 개선이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

참고로 종전에는 재귀반사지의 점착부가 불투명하여 투과성이 낮았지만, 최근 들어 재귀반사지의 생산메이커에서 가시광선 투과율을 높이기 위해 점착부를 투명한 재질로 바꾸거나, 반사면 설계를 새로이 개선하는 등 내부조명용으로도 그 활용도를 넓혀가고 있는 추세이므로, 앞으로 재귀반사지의 적절한 선정을 통해 더욱 향상된 성능을 구현하는 것이 가능해질 것이다.

그리고 백색 투과성 재귀반사지(112)는 종래의 일반 재귀반사지 수준의 재귀반사기능을 동일하게 갖고 있기 때문에, 정전이나 고장 등으로 인해 야간에 조명이 점등되지 못하는 상황에서도 일반표지판 수준의 기본기능의 수행에 어려움이 없다.

LED 내부조명식 도로표지판(1)에서 색상시트지(114)로서 기존의 색상 재귀반사지를 부착할 경우 재귀반사지가 여러 겹 부착된 부분에서는 가시광선 투과율이 너무 떨어져 조명을 통해 보여지는 색상이 자연스럽지 못하고, 또한 매우 높은 소비전력의 LED 조명이 요구되는데, 본 발명에서는 상기와 같은 문제에 대한 대책으로 색상시트지(114)로서 투명 색상필름인 EC 필름을 부착하도록 제안하고 있다.

이는 기존의 재귀반사시트를 부착한 것과 동일한 수준의 색상 표현 및 재귀반사가 가능하므로, 매우 저렴하면서도 가시광선 투과율을 높여주는 효과를 얻을 수 있다.

LED 내부조명 패널(200)은 PMMA(Polymethylmethacrylate), 투명 폴리카보네이트 또는 투명 유리재질로 만들어진 도광판(210)과, 복수개의 LED(224)를 바(bar) 형태로 PCB(226) 상에 실장한 LED 어레이(220)와, LED 어레이(220)로부터 방사된 빛이 소실없이 도광판(210)의 전면부로 조사될 수 있도록 도광판(210)의 후면부에 밀착되게 부착되는 광반사 시트(232)로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 LED 내부조명 패널(200)은 도광판(210)으로서 6mm 내외의 두께를 가진 PMMA 판재를 적용하였는데, A4 미만의 소형인 경우에는 4mm 정도의 두께를 적용할 수 있고, 1제곱미터 이상의 큰 대면적의 경우에는 8mm 정도의 두께를 적용하는 것이 바람직하다.

도광판(210)의 가장자리를 따라서는 LED 어레이 삽입홈(212)이 형성되어 있으며, 이 삽입홈(212)을 따라 LED 어레이(220)가 삽입 장착되는데, LED 어레이(220)에 실장된 LED(224)는 도광판(210)의 중심을 향해 빛을 방사하도록 배치된다.

그리고 도광판(210)에서의 빛 손실을 최소화하기 위하여 광반사 시트(232)를 도광판(210)의 하면에 배치함으로써 LED(224)를 사용한 고효율의 면발광 조명장치가 구성된다.

또한 도광판(210)은 그 크기가 대면적인 경우에는 도광판(210)의 중앙부까지 도달되는 LED(224)의 빛이 약하여 중앙부의 밝기(휘도)가 낮게 나타날 수 있으므로, 도 6 및 도 7에 몇 가지 실시예로 소개한 바와 같이, 통상 가장자리로부터 중앙으로 갈수록 광굴절 반사홈(214)의 패턴을 조밀하게 배치하여 전면부 쪽으로 굴절 반사되는 광량이 전체적으로 균등하게 면발광되도록 구성할 수 있다. 만일 LED 어레이(220)가 도광판(210)의 모서리 중 일부만을 따라 삽입되어 있다면, LED 어레이(220)가 없는 모서리에 대한 중앙부에는 광굴절 반사홈(214)이 형성될 필요는 없다.

상기 광굴절 반사홈(214)은 V-커팅이라고 부르기도 하는데 이는 도광판(210)의 후면에 형성된 홈의 형태가 일정한 각도를 가진 V자형으로 형성되기 때문이며, 도시되지는 않았지만 광굴절 반사홈(214)을 대신하여 SiO₂ 다공질 입자구조가 포함된 반사도료의 인쇄 패턴이 광굴절 반사홈(214)을 대신하여 적용될 수도 있으며, 또한 레이저 도팅방식으로 광굴절 반사패턴을 형성하는 것도 가능하다.

한편 본 발명에서의 LED 어레이(220)는 복수개의 LED(224)를 바 형태의 PCB(226) 상에 실장하는 형태로 구성되는데, 도 17에서 보여주는 바와 같이 직렬 연결된 다수개, 예를 들면 3개의 LED(224)로 이루어진 각각의 LED 어레이 유니트(222)를 병렬로 연결한 직병렬 혼합구조로 구성하는 것이 바람직하다. 이는 기존의 LED 조명장치에서 흔히 볼 수 있는 LED의 연쇄적인 고장 발생을 최대한 억제하기 위한 것이며, 만약 작동상에 문제되는 LED가 있다면 해당 유니트(222)의 LED들만이 영향을 받기 때문에 몇 개의 LED 소자가 발광하지 않더라도 도광판(210)을 통하여 나오는 빛의 분포는 정상인 경우와 큰 차이 없이 대체로 균일한 면조명이 가능해진다.

LED를 사용한 조명수단에 있어서 고장의 주원인은 LED의 과열로 인한 LED 소자의 파손인데, 통상의 경우 LED 개별 소자의 내부 온도가 150℃ 이상으로 상승하지 않도록 보호해줄 대책이 필요하다.

일반적으로 LED 어레이(220)를 구성하는 PCB(226)의 재질로는 에폭시수지 타입(FR4)을주로 사용하는데, 이런 경우 에폭시수지 타입의 PCB(226)는 자체적인 열 배출 기능을 갖지 않은 재질이기 때문에 더욱 방열에 대한 대책이 필요하다. 또한 LED의 과열 방지를 위하여 메탈 PCB(알루미늄 타입)를 적용하는 방법도 있는데, 이 경우에는 방열효과는 우수하지만 매우 고가여서 제품에 쉽게 적용하기 힘들다. 따라서 본 발명에서는 가격상의 이점을 생각하여 에폭시수지 타입의 PCB(226)를 사용하는 일반적인 경우를 기준으로 방열 대책을 강구하였다.

본 발명에서는 과열 방지의 대책으로 우선 LED 어레이(220)에 정격 전류치의 95% 이하의 전류가 공급되도록 출력조절 저항(228)을 적용함으로써 과열의 근본 원인인 과전류 도통을 1차적으로 방지하였으며, 또한 열전도도가 좋은 알루미늄 재질의 후면판(310)이 LED 어레이(220)와 밀착되는 구조를 채택함으로써 장시간 동안 LED 어레이(220)가 점등되는 경우라도 LED 어레이(220)에서 발생된 열이 외부로 쉽게 방출될 수 있도록 하였다.

또한 LED 어레이(220)와 후면판(310) 사이의 접촉과 열전도를 강화하기 위하여 열전도성이 우수한 신축성을 가진 양면 또는 편면의 열전도 테이프(230)를 적용할 수 있으며, 도 10과 도 11에서와 같이 방열핀(322)을 추가로 구비한 외곽프레임(320)을 적용할 수도 있다.

여기서 후면판(310)과 외곽프레임(320)은 결합부재(300)를 이루는 구성요소로서, 후면판(310)은 LED 내부조명 패널(200)의 후면을 차단하여 빛이 새어나가지 않도록 밀착 결합되는 구성이며, 외곽프레임(320)은 도형문자판(100)과 LED 내부조명 패널(200)의 조립체를 견고하게 고정하기 위해 그 외곽을 따라 결합되는 부재를 말한다.

필요하다면 방열효과를 증대하기 위하여, 도 11과 같이 방열핀(322)을 추가한 외곽프레임(320) 자체에 LED 어레이(220)를 수납하는 구조로 변경 적용함으로써 열방출 효율을 극대화하는 것도 가능하다.

LED 소자는 저전력 소비, 장수명 등 그 장점은 매우 부각되어 있지만, 다른 한편으로는 그 사용 환경에 따라 매우 민감한 소자이다. 앞서 LED 소자의 과열을 방지하기 위한 대책이 강구되었는데, 그 밖에도 옥외에서 사용되어야 하는 본 발명의 특성을 고려할 때 외부로부터의 빗물, 습기 또는 오염물질의 유입에 대한 차단대책 또한 반드시 필요하다.

본 발명에서는 도 12에서와 같이 LED 어레이(220)에 투명 에폭시나 투명 실리콘 또는 투명 우레탄을 디핑하거나 또는 스프레이를 이용한 방수코팅(234)을 적용함으로써 1차적으로 습기유입에 대응하였다. 더 나아가 LED 어레이(220)를 도광판(210)의 삽입홈(212)에 수납한 후 열전도 테이프(230)를 부착할 때, 도 13과 도 14에 도시된 바와 같이 삽입홈(212)이 완전히 덮여지도록 함으로써 열전도의 효과를 향상시킴과 동시에 LED 어레이(220)가 외부로부터 밀폐되어 2차적인 방수, 방습의 기능을 구비하도록 하였다.

또한, 도 13에 도시한 바와 같이 도형문자판(100), LED 내부조명 패널(200) 및 후면판(310)을 겹친 상태에서 가장자리부를 박막의 견고한 방수테이프(236)를 이용하여 수 회 테이핑함으로써 LED 어레이(220) 쪽으로의 습기 유입을 근본적으로 차단하고, 도 14에 도시한 바와 같이 테이핑된 도형문자판(100), LED 내부조명 패널(200) 및 후면판(310)을 외곽프레임(320)으로 최종 조립한 후 외곽프레임(320) 체결부의 전후면에 투명 실리콘(330)으로 최종 마감함으로써 방수, 방습을 완성할 수 있다.

특히 도형문자판(100), LED 내부조명 패널(200) 및 후면판(310)의 조립체와 체결되는 외곽프레임(320)의 말단부에 투명 실리콘(330)의 접촉면을 확대시키기 위한 경사진 면취부(321)가 형성시키는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 도 15에 도시된 것처럼, 투명 실리콘(330)이 외곽프레임(320)의 경사진 면취부(321)를 따라 내측으로 흘러들어감으로써 투명 실리콘(330)의 접촉면적이 커지게 되고, 이에 따라 방수 효과는 더욱 향상될 수 있다.

그리고 도로표지판의 크기가 매우 큰 경우에는 외곽프레임(320)을 적어도 두 개 이상의 프레임 부재(324)를 결합하여 형성할 수 있는데, 이는 도 16에 나타나 있다. 특히 각 프레임 부재(324)의 연결부분을 가로질러 보강꺽쇠(327)가 결합되는 것이 강도보강을 위해 바람직할 수 있다.

이 경우 외곽프레임(320)을 이루는 각 프레임 부재(324)의 연결부분에 그 길이방향을 따라 삽입채널(326)을 형성하고, 보강꺽쇠(327)를 삽입채널(326) 안에 삽입하여 외곽프레임(320)의 틀을 짠 후 고정볼트(328)로 나사고정시키는 구조를 채택할 수 있다.

한편 본 발명에서 전원제어부(400)는 도 4에서와 같이 AC 전력을 정전압 정전류 방식의 SMPS(410)를 사용하며, 일반적인 조명에서 온오프를 제어하는 방식은 조도검출센서를 이용한 방법이 가장 널리 사용되고 있으나 도로표지의 용도로 사용되는 제품의 특성상 외부의 먼지 및 오염에 취약하여 짧은 기간 내에 그 기능이 열화되는 상황이 발생하기 때문에, 도 4에서와 같이 디지털 일출일몰형 타이머(510)를 사용하는 것이 바람직하다.

만일 대안적으로 조도측정부를 설치하는 경우라면, 전원제어부(400)는 조도측정부에 의해 측정된 외부조도에 비례하여 LED(224)의 출력을 10∼100% 범위 내에서 선형적으로 조절하는 것이 바람직하다. 이는 외부 조도가 낮은 캄캄한 심야에서는 LED(224)의 출력을 낮게 설정하더라도 운전자가 충분히 표지판을 인지 및 식별할 수 있기 때문이며, 이처럼 LED(224)의 출력을 적절히 조절하면 기존 대비 약 50% 수준까지 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다. 또한 이러한 LED(224)의 출력 제어는 LED(224)의 수명을 늘려주는 효과도 가져온다.

그리고, 도 18 내지 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는데, 태양전지(420)를 전력원으로 적용한 일 실시예이다.

도 20을 참조하여 설명하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 내부조명식 도로표지판(1)의 전원제어부(400)는 발전전압 측정부(520), 정전압 변환부(522), 축전지 보호부(526), 축전지전압 측정부(528), 공급전력 보정부(530), LED 온오프부(532), 공급전력 측정부(534)로 구성된다.

정전압 변환부(522)는 태양전지(420)에서 발생되는 가변 전압을 일정한 세기의 전압으로 변환시켜 축전지(524)에 공급한다. 이를 위해 정전압 회로를 이용할 수 있으며, 그에 따라 축전지(524)에 과도한 전압이 입력되는 것을 방지할 수 있고 축전 효율을 증가시킬 수 있다.

발전전압 측정부(520)는 태양전지(420)에서 발생되는 가변 전압의 세기를 측정하고, 축전지전압 측정부(528)는 축전지(524)의 현재 전압을 측정한다.

LED 온오프부(532)는 태양전지(420)에서 발전되는 가변 전압의 세기가 임계치 이상인 경우 LED 어레이(220)를 오프시키고, 발전 임계치 미만인 경우에는 LED 어레이(220)를 온시킨다. 즉 태양의 일사량이 적은 우천시 또는 야간시에는 LED(224)를 점등시켜 운전자에게 보다 명확한 도로 정보를 제공해 줄 필요가 있는데, 태양의 일사량은 태양전지(420)에서 발생되는 가변 전압의 세기와 비례적인 상관관계를 가지므로, 태양전지(420)에서 출력되는 가변 전압의 세기를 LED 온오프의 기준으로 사용하게 되면 일사량을 측정하는 별도의 모듈을 추가 장착하지 않으면서도 정확한 LED의 온오프 기준을 제공하는 것이 가능해진다.

공급전력 측정부(534)는 LED 어레이(220)로 공급되는 전력을 일정 간격마다 측정하고, 공급전력 보정부(530)는 공급 전력이 정해진 기준 전력과 상이한 경우 그를 보정하여 일정한 기준 전력이 LED 어레이(220)에 공급될 수 있도록 한다. 이러한 구성에 의해 다수의 LED 어레이(220)에 동일한 세기의 전력을 제공함으로써 다수의 LED(224)가 동일한 휘도를 가질 수 있고, 시간의 변화에 따른 휘도의 변화를 최소화시키 수 있다.

축전지전압 측정부(528)는 축전지(524)에 충전된 전력을 측정하고, 축전지 보호부(526)는 충전된 전력이 어느 임계치 미만으로 떨어지면 LED 어레이(220)를 오프시키고, 다시 임계치 이상이 되면 LED 어레이(220)를 온시켜 축전지(524)의 방전을 방지함으로써 축전지(524)의 손상을 예방하게 된다. 일반적으로 축전지(524)가 완전히 방전되면 그 수명이 단축되므로, 본 발명은 축전지전압 측정부(528) 및 축전지 보호부(526)를 구비함으로써 축전지(524)의 수명을 효과적으로 연장시킬 수 있다.

이상 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 본 발명이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: LED 내부조명식 도로표지판
100: 도형문자판 110: 투명패널
112: 백색 투과성 재귀반사지 114: 색상시트지
200: LED 내부조명 패널 210: 도광판
212: LED 어레이 삽입홈 214: 광굴절 반사홈
220: LED 어레이 222: LED 어레이 유니트
224: LED 226: PCB
228: 출력조절 저항 230: 열전도 테이프
232: 광반사 시트 234: 방수코팅
236: 방수테이프 300: 결합부재
310: 후면판 320: 외곽프레임
321: 면취부 322: 방열핀
324: 프레임 부재 326: 삽입채널
327: 보강꺽쇠 328: 고정볼트
330: 투명 실리콘 400: 전원제어부
410: AC-DC 콘버터 420: 태양전지
510: 일출일몰형 타이머 520: 발전전압 측정부
522: 정전압 변환부 524: 축전지
526: 축전지 보호부 528: 축전지전압 측정부
530: 공급전력 보정부 532: LED 온오프부
534: 공급전력 측정부

Claims

문자 도형을 표현하는 형상을 가지는 투명 색상필름으로 형성되고 투과성 재귀반사지 및 상기 투과성 재귀반사지의 전면에 순차적으로 겹쳐서 부착되는 색상시트지를 포함하는 도형문자판;
상기 도형문자판의 후면에 배치되는 도광판과, 상기 도광판의 가장자리를 따라 설치되고 다수의 LED가 실장된 LED 어레이 및 상기 LED 어레이를 덮도록 상기 도광판의 후면에 부착된 광반사 시트를 포함하는 LED 내부조명 패널;
상기 광반사 시트가 부착된 상기 도광판의 후면에 밀착되는 후면판과, 상기 도형문자판과 상기 LED 내부조명 패널 및 상기 후면판의 조립체를 상호 고정시키도록 상기 조립체의 모서리를 결속시키는 외곽프레임을 포함하는 결합부재; 및
상기 LED 어레이에 실장된 다수의 LED를 구동시키는 전력을 공급하는 전원제어부;
를 포함하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
외부의 기후변화 및 진동, 충격 등에 강하여 내측 보호기능을 수행할 수 있도록 투명패널 또는 광확산패널을 구비하고, 상기 도형문자판이 상기 투명패널 또는 광확산패널의 전면에 부착되는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 LED 어레이는 상기 다수의 LED가 상기 도광판의 중심을 향해 발광하는 방향으로, 상기 도광판의 가장자리를 따라 형성된 LED 어레이 삽입홈 안에 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 LED 어레이는 상기 다수의 LED가 상기 도광판의 중심을 향해 발광하는 방향으로, 상기 외곽프레임의 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
삭제
제1항에 있어서,
상기 도광판의 후면에는 V-자 형상의 단면을 가진 광굴절 반사홈이 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제6항에 있어서,
상기 다수개의 광굴절 반사홈은 상기 도광판의 가장자리로부터 중앙으로 갈수록 조밀해지는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 LED 어레이에는 상기 LED에 공급되는 전력을 정격전류치의 95% 이하로 제한하는 출력조절 저항이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제3항에 있어서,
상기 LED 어레이와 상기 후면판 사이의 접촉면에는 열전도 테이프가 개재된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제9항에 있어서,
상기 열전도 테이프는 상기 LED 어레이 삽입홈이 노출되지 않도록 완전히 밀폐시키는 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 LED 어레이에는 투명 에폭시나 투명 실리콘 또는 투명 우레탄 소재가 도포된 방수코팅이 형성된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 도형문자판과 상기 LED 내부조명 패널 및 상기 후면판의 조립체의 가장자리를 따라 방수테이프가 테이핑된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 조립체와 외곽프레임 사이의 전후면 체결부에는 투명 실리콘이 도포된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 외곽프레임에는 방열핀이 구비된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 LED 어레이는 직렬 연결된 다수개의 LED로 이루어진 각각의 LED 어레이 유니트를 병렬로 연결한 직병렬 혼합구조로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 외곽프레임은 적어도 두 개 이상의 프레임 부재가 결합되어 형성되고, 상기 각 프레임 부재의 연결부분을 가로질러 보강꺽쇠가 결합되는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제16항에 있어서,
상기 각 프레임의 연결부분에는 상기 프레임의 길이방향을 따라 삽입채널이 형성되고, 상기 보강꺽쇠는 상기 삽입채널 안에 삽입되어 고정볼트로 나사고정되는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제13항에 있어서,
상기 조립체와 체결되는 상기 외곽프레임의 말단부에는 상기 투명 실리콘의 접촉면을 확대시키기 위한 경사진 면취부가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 전원제어부는 태양전지로 이루어지고, 상기 전원제어부에 포함된 LED 온오프부는 발전전압 측정부에서 측정된 상기 태양전지에서 발전되는 가변 전압의 세기가 사전에 설정된 임계치 이상인 경우에는 상기 LED 어레이를 오프시키고, 임계치 미만인 경우에는 상기 LED 어레이를 온시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제13항에 있어서,
상기 전원제어부에 포함된 축전지전압 측정부는 축전지에 충전된 전력을 측정하고, 축전지 보호부는 충전된 전력이 사전에 설정된 임계치 미만으로 떨어지면 상기 LED 어레이를 오프시키고, 다시 임계치 이상으로 올라가면 상기 LED 어레이를 온시켜 축전지의 방전을 방지하는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.
제1항에 있어서,
상기 전원제어부는 조도측정부를 더 포함하고, 상기 조도측정부에 의해 측정된 외부조도에 비례하여 상기 LED의 출력을 10∼100% 범위 내에서 선형적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 LED 내부조명식 도로표지판.