KR101093037B1

KR101093037B1 - 전광판용 픽셀 모듈

Info

Publication number: KR101093037B1
Application number: KR1020090118240A
Authority: KR
Inventors: 김철용; 이용자; 김동운
Original assignee: 주식회사 래도
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-12-13
Also published as: KR20110061739A

Abstract

본 발명은 LED 칩을 이용한 전광판용 픽셀 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 빛을 발광하는 다수의 발광수단이 배열된 인쇄회로기판; 상기 발광수단 전면에 배치되며 상기 발광수단으로부터 발광된 빛을 확산·방사시키는 비대칭 반구형 확산렌즈를 형성한 확산렌즈 배열판; 및 상기 반구형 확산렌즈가 끼워지도록 다수의 관통공이 형성되고 상기 관통공 주변에 일정면적을 갖도록 오목부가 형성된 전면패널을 포함하며, 상기 반구형 확산렌즈는 평면상의 정점이 평면상의 중점보다 상방으로 치우치도록 구성된다. 이와 같은 구성으로 볼록렌즈를 통해 발광된 빛을 확산시키고 오목부를 통해 전체적으로 혼합시킴으로써 사선에서도 전광판의 시인성을 확보할 수 있으며, 상방으로 손실되는 빛 에너지를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

LED 칩, 전광판, 집광, 오목부

Description

전광판용 픽셀 모듈{PIXEL MODULE FOR ELECTRIC SIGN PANEL}

본 발명은 전광판용 픽셀 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED와 같이 점 형태로 발광하는 광원을 면 형태의 광원으로 확대시킴으로써 발광효율을 향상시킬 수 있으며 구조가 간단하면서 다양한 각도에서도 시인성을 높일 수 있는 전광판용 픽셀 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 하나의 매체를 사용하여 불특정 다수에게 문자 및 화상을 전달하는 수단으로 전광판 장치가 널리 이용되고 있다. 특히 옥외 전광판 장치의 사용은 점차 확대되어 운동장의 대형 안내판, 도로의 교통정보 안내판, 옥외용 광고판 등에 주로 사용되고 있다.

이러한 종래의 옥외용 전광판의 일예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드를 이용한 전광판용 픽셀 모듈의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 1과 같이, 종래의 전광판용 픽셀 모듈은 픽셀 모듈(10)의 전방 측에는 문자 및 화상을 구현하는 다수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하 LED : 32)를 고정하는 발광 다이오드 고정부재(20)가 설치된 다. 그리고 LED(32)로부터 발광되는 빛이 햇빛 등에 의하여 간섭받지 않도록 햇빛을 차단하는 차광판(22)이 발광 다이오드 고정부재(20)의 전면에 설치된다.

한편, LED 고정부재(20)의 후측에는 LED(32)가 일정 간격으로 배열되는 LED 구동회로기판(30)이 위치하고, LED 구동회로기판(30)의 후면에는 LED(32)를구동시키는 LED 구동회로(50)가 설치된다. 또한 LED 고정부재(20)와 LED 구동회로(50)를포함한 LED 구동회로기판(30)은 LED 구동회로기판(30)의 뒷면에 설치된 나사 결합부(40)와 LED 고정부재(20)의 전면에 삽입되는 나사(42)를 통해 고정된다.

이러한 구성을 갖는 종래의 LED(32)를 이용한 전광판용 픽셀 모듈(10)은 설치될 전광판의 크기에 따라 픽셀 모듈(10)을 종방향 및 횡방향으로 각각 연결하여 필요한 크기의 전광판을 형성하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 LED(32)를 이용한 전광판용 픽셀 모듈은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 문자 및 화상을 표시하기 위한 소자로서 부피가 큰 LED를 사용하고 있 픽셀 모듈의 대형화 및 중량화되는 경향이 있다.

둘째, 종래에는 LED를 LED 구동회로기판에 설치하는 과정에서 LED가 LED 구동회로기판으로부터 일정한 높이를 유지하며 고정되어야 하므로 설치 높이가 가변된다.

이에 따라 LED의 고정 상태가 균일하지 못하며 고정되는 면이 수평상태를 이루지 못해 복수의 LED에서 발광하는 이종의 빛이 서로 균일하게 혼합되지 못하는 문제점이 있다. 또한 겨울철과 같이 기온이 영하로 급강하였다가 다시 영상으로 복 귀하면서 접착부위의 결합력이 현저하게 떨어져 이탈되거나 조사방향이 틀어지는 현상이 빈번히 발생되었다.

셋째, 종래의 전광판용 픽셀 모듈은 LED를 리드 프레임에 고정하기가 까다로워 제조과정에 많은 시간이 소요되고, SMD(Surface Mount Device ; 표면실장소자)형태의 소자에 비해 단가가 월등히 높아 제조원가를 상승시키는 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

넷째, 종래의 전광판용 픽셀 모듈은 LED의 직진성으로 인해 이종의 색을 갖는 광원에서 발산되는 광원이 쉽게 혼합되지 않아 전광판의 측면에서는 신호를 인식하는데 어려운 문제점이 있다.

예를 들어, 도로 등에 주로 쓰이는 옥외 전광판용 픽셀 모듈에서 LED는 통상 2개의 LED소자가 한 쌍을 이룬다. 즉, 적색을 발산하는 LED와 녹색을 발산하는 LED가 한 쌍을 이루며, 이 두 가지 색의 빛이 발산되면 중첩되는 영역에서는 황색이 발산되도록 이루어진다. 다시 말해, 녹색과 적색의 LED를 통해 황색을 형성하여 총 3가지 색의 빛을 발산하는 것이다.

그러나 이와 같이 적색과 녹색의 광선이 중첩되어 발생되는 황색은 전방에서 주시하였을 때는 황색을 띄는 반면, 주변에서 사선으로 주시하게 되면 황색이 아닌 적색이나 녹색의 광원으로 인식되는 문제점이 있다.

이는 LED의 고유한 특성인 빛의 직진성에 의해 중첩된 부분을 정면에서 주시하는 경우에는 황색을 인식할 수 있으나, 주변부에서는 황색이 아닌 원래 발산하고 있는 고유한 빛의 색으로 인식하는 것이다.

따라서 적색, 녹색, 황색의 3가지 색이 발산되는 전광판과 같이, 다양한 색이 발광되는 옥외 디스플레이 패널에서는 사선에서의 표지판의 정보는 시인성이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 종래에 채용되는 확산렌즈는 종단면이 대칭형으로써 상부로 조사되는 빛에너지가 손실됨으로써 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 필요에 의해 창안된 것으로서, LED와 같이 점 형태로 발광하는 광원을 면 형태의 광원으로 확대시킴으로써 발광효율을 향상시킬 수 있으며 구조가 간단하면서 다양한 각도에서도 시인성을 높일 수 있는 전광판용 픽셀 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 빛을 발광하는 다수의 발광수단이 배열된 인쇄회로기판; 상기 발광수단 전면에 배치되며 상기 발광수단으로부터 발광된 빛을 확산·방사시키는 비대칭의 확산렌즈를 형성한 확산렌즈 배열판; 및 상기 확산렌즈가 끼워지도록 다수의 관통공이 형성되고 상기 관통공 주변에 일정면적을 갖도록 오목부가 형성된 전면패널을 포함하며, 상기 확산렌즈는 평면상의 정점이 평면상의 중점보다 상방으로 치우친 전광판용 픽셀 모듈을 제공한다.

상기 전면패널의 오목부 상부에는 태양광의 간섭으로 인한 광도 저하를 방지하기 위한 차광수단이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 차광수단은 상기 전면패널에 일체로 돌출형성된 것이 바람직하다.

상기 발광수단은 칩 LED일 수 있다.

상기 칩 LED는 적색과 녹색 중 적어도 어느 하나를 발광할 수 있는 것이 바람직하다.

상기 오목부 내의 상면은 평탄면을 형성하여 태양광을 차단하는 것이 바람직하다.

상기 오목부는 원형, 타원형, 다각형, 및 호형(弧形) 중 적어도 하나의 형상일 수 있다.

상기 확산렌즈부는 적어도 하나의 평탄면을 갖도록 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 첫째, 전광판용 픽셀 모듈의 부피 및 중량을 감소시키고 제조원가 및 제조공정의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 볼록렌즈를 통해 발광된 빛을 확산시키고 오목부를 통해 전체적으로 혼합시킴으로써 사선에서도 전광판의 시인성을 확보할 수 있는 효과가 있다. 또한 오목부 전체에 고르게 빛이 반사됨으로써 LED와 같이 점 형태로 발광하는 광원을 면 형태의 광원으로 확대시킴으로써 발광효율을 향상시킬 수 있다

셋째, 상기와 같은 오목부에 의해 집광효율이 향상됨으로써 종래와 동일한 LED 칩을 사용하여도 효과적인 시인성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 상부로 조사되는 빛 에너지를 최소화시켜 빛에너지의 손실을 최소화하며, 발광수단의 출력 또는 그 소비전력을 높이지 않더라도 원하는 영역에서 광도를 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설 명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 일구성인 확산렌즈배열판을 나타내는 사시도이고, 도 3a은 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈을 나타내는 분해도이며, 도 3b는 도 3a의 측단면도이다.

도 2 내지 도 3b와 같이, 본 발명의 전광판용 픽셀 모듈(100)은 크게 인쇄회로기판(300)과 전면 패널(200) 및 확산렌즈 배열판(150)으로 구성된다.

상기한 구성에 있어서, 인쇄회로기판(300)에는 빛을 발광하는 다수의 LED 칩(110; 도 3b)이 설치된다. 여기서 각각의 LED 칩(110)은 도 5와 같이 적색 LED 칩(111)과 녹색 LED칩(112)이 한 쌍을 이루도록 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 오목부와 차광판을 나타내는 부분확대도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 사용 상태도이다.

전면 패널(200)은 인쇄회로기판(300)의 전면이 밀착되도록 가장자리에 적어도 하나의 지지부(210; 도 5)가 형성될 수도 있다. 상기 지지부(210)는 전면 패널(200)의 가장자리에 다수개가 돌출형성된 것일 수 있다.

또한 전면 패널(200)에는 LED 칩(110)으로부터 발광된 빛을 외부로 확산시키는 렌즈부(220)가 형성된 확산렌즈 배열판(150)이 결합된다. 여기서 렌즈부(220)는 인쇄회로기판(300) 상에 설치된 LED 칩(110)으로부터 발광되는 빛을 집광하여 조사하는 투과면(221; 도 5)을 갖는다.

이때 상기 투과면(221)은 볼록한 형상으로 이루어지고, 하나 이상의 평탄면 을 갖는다. 이에 따라 상기 투과면(221)에서 투과되는 빛의 확산성을 높일 수 있어 적색광과 녹색광의 혼합효율을 증대할 수 있다. 또한 상기 투과면은 비대칭형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 투과면(221)의 정점이 중점보다 상방으로 치우치도록 형성된 것이 바람직하다. 이에 따른 작용은 후술되는 작용의 설명에서 상세히 설명한다.

한편, 렌즈부(220)의 투과면(221)에 의해 빛의 서로 굴절되어 중첩됨으로써 1차 집광이 이루어지고, 후술되는 오목부(230)에 의해 반사됨으로써 2차 집광이 이루어진다. 이와 같이 1,2차 집광에 의해 LED 칩(110)에서 발광되는 빛의 밝기는 보다 향상될 수 있다.

한편, 상기 오목부(230)에 대해 구체적으로 설명한다. 오목부(230)는 전면 패널(200)에 결합되는 렌즈부(220) 주변에 위치한다. 오목부(230)는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 오목부 형상을 나타내는 예시도이고, 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 오목부 형상을 나타내는 예시도이다.

도 6 및 도 7과 같이, 상기 오목부(230)의 형상은 방사상으로 형성된 타원형(수직방향이나 수평방향)의 면으로 이루어질 수 있다. 또한 이에 한정되는 것은 아니고, 설치되는 전광판의 용도에 따라 다각형이나 다른 형상으로 변경 실시할 수 있음은 물론이다.

또한 오목부(230)의 경사각도를 조정함으로써 반사되는 빛의 조사각도를 조 정할 수 있음은 물론이다. 이에 따라 조사되는 빛의 방향을 하향으로 유지하도록 오목부(230)의 각도를 하향으로 치우치도록 형성할 수 있다.

이와 같이 LED 광이 하향을 유지함으로써 운전자의 가시거리를 확대할 수 있음은 물론이다. 또한 오목부(230)의 경사각을 조절함으로써 LED 칩(110)이 고정된 상태에서 조사각도를 조절할 수도 있다.

한편, 이와 같이 형성된 오목부(230)에는 LED 칩(110)에서 발광되는 적색 또는 녹색의 빛이 상기 오목부(230)의 면에 의해 서로 반사되어 서로 혼합된다. 이에 따라 오목부(230) 전체면에 걸쳐 균일한 빛의 밝기 확보가 용이하며 오목부(230) 전체가 면광원으로써의 기능을 한다.

또한, 전면 패널(200)에는 태양광의 간섭으로 인한 LED 칩(110)의 광도 저하를 방지하도록 차광수단이 설치될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈을 나타내는 측단면도이고, 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 일부를 나타내느 예시도이다.

여기서 차광수단은 도 5와 같이 별도의 차광부재(250)를 결합하여 설치할 수 있으나, 도 8이나 도 9와 같이 전면 패널(200)에 일체로 형성되어 이루어질 수도 있다.

즉 상기 차광수단은 전면 패널(200)에 일체로 형성된 돌출편으로 이루어질 수 있다. 이때 돌출편은 평판형(도 5 참조)이나 곡형(도 6, 도 7)과 같이 다양한 형성을 이룰 수 있다.

특히 도 8과 같이 오목부(230)의 형상이 변형되어 별도의 차광부재(250; 도 4)가 불필요한 구조에 그 특징이 있다.

구체적으로 오목부(230) 내측의 상면은 평탄면(270)을 이룬다. 즉, 오목부(230)의 형상은 도 9와 같이 상부가 평탄한 반원의 형상을 이룬다. 이에 따라 태양광으로 인해 광량이 저하되는 것을 방지하기 위한 차광부재(250; 도 4)가 별도로 형성되지 않아도 무방하다.

이는 오목부(230)의 상부에 형성된 평탄면(270)이 차단부재의 역할을 대신할 수 있기 때문에 가능하다. 특히, 오목부(230)의 경사각도를 달리하여 가시거리를 조정할 수도 있다. 즉, LED는 빛의 직전성을 갖는 특성이 있다. 이에 따라 오목부(230)의 각도를 좁게 하거나 넓게 함으로써 운전자의 가시거리를 길게 하거나 짧게 할 수 있다.

상술한 전광판용 픽셀 모듈은, 전면 패널(200)의 외부에 별도의 차광부재(250)가 설치되지 않아 단순한 형상으로 외관을 미려하게 할 수 있으며, 제조비 절감 및 공정의 단순화를 통해 생산효율을 증대할 수 있다. 또한 오목부(230)의 경사각도에 따라 운전자의 가시거리를 멀리 확보할 수도 있다.

도 5와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈은 전술한 실시예에 있어서 오목부(230; 도4)의 내측에 반사면(280)을 형성하여 구성될 수 있다. 상기 반사면(280)은 LED 칩(110)에서 발광되는 빛이 오목부(230)의 면에 부딪혀 반사되는 것을 활성화하는 역할을 한다.

즉, 반사면(280)은 금속도금(통상의 니켈도금)될 수 있어 발광되는 빛을 감 소시키지 않고 반사율을 향상시킴으로써 집광효율을 항상 시킬 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의의 렌즈부의 방사상태를 나타내는 예시도이고, 도 11은 종래의 대칭 반구형 렌즈을 채용한 것과 본원발명의 방사각도를 비교하기 위한 예시도이다.

도 10은 발광수단(LED; 110)으로부터 출력된 빛이 본 발명의 렌즈부(220)의 투과면(221)에 의해 방사되는 형태(또는 방사각도)를 예시한 도면으로, 본 발명의 확산렌즈(L)에 의해 확산·방사된 빛은 그 방사각도가 하방으로 치우쳐져 도 11의 (a)에서 보인 상방의 손실각도(θ₁) 무효한 빛 에너지 손실이 최소화되고 있음을 알 수 있다. 따라서 발광수단(LED)의 출력 또는 소비전력을 높이지 않고도, 동일 출력으로 소망하는 영역에서의 광도 및 식별성을 높일 수 있게 되는 것이다.

도 11에서 (a)는 종래의 방사상태이고 (b)는 본 발명의 방사상태를 나타낸다. 상기와 같이 본 발명에 의하면, 인식점(P1')과 식별점(P2')에서의 광도가 종래(a)의 인식점(P1)과 식별점(P2)에 비해 더 높아질 수 있음을 쉽게 확인할 수 있다. 이는 발광소자의 출력을 높이지 않고도 요구 영역에서의 광도 및 식별성을 높일 수 있음을 반증한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드를 이용한 전광판용 픽셀 모듈의 구성을 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 일구성인 확산렌즈배열판을 나타내는 사시도,

도 3a은 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈을 나타내는 분해도,

도 3b는 도 3a의 측단면도,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 오목부와 차광판을 나타내는 부분확대도,

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 사용 상태도,

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 오목부 형상을 나타내는 예시도,

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 오목부 형상을 나타내는 예시도,

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈을 나타내는 측단면도,

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의 일부를 나타내는 예시도이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전광판용 픽셀 모듈의의 렌즈부의 방사상 태를 나타내는 예시도, 및

도 11은 종래의 대칭 반구형 렌즈을 채용한 것과 본원발명의 방사각도를 비교하기 위한 예시도이다.

<주요도면부호의 간단한 설명>

110: LED 칩 200: 전면 패널

300: 인쇄회로기판 230: 오목부

250: 차광부재

Claims

적어도 2가지 색의 빛을 발광하는 다수의 발광수단이 배열된 인쇄회로기판;

상기 발광수단 전면에 배치되며 상기 발광수단으로부터 발광된 빛을 확산·방사시키는 비대칭의 확산렌즈를 형성한 확산렌즈 배열판; 및

상기 확산렌즈가 끼워지도록 다수의 관통공이 형성되고 상기 관통공 주변에 일정면적을 갖도록 오목부가 형성된 전면 패널을 포함하며,

상기 확산렌즈는 정점이 평면상의 중점보다 상방으로 치우치고,

상기 확산렌즈는 상기 전면 패널의 상기 오목부 내측에 위치되어 상기 오목부의 내주면으로 조사된 상기 빛이 서로 혼합되는 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.
제1항에 있어서,

상기 전면 패널의 오목부 상부에는 태양광의 간섭으로 인한 광도 저하를 방지하기 위한 차광수단이 형성된 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.
제2항에 있어서,

상기 차광수단은 상기 전면 패널에 일체로 돌출형성된 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.
제1항에 있어서,

상기 발광수단은 칩 LED인 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.
제4항에 있어서,

상기 칩 LED는 적색과 녹색 중 적어도 어느 하나를 발광할 수 있는 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.
제1항에 있어서,

상기 오목부 내의 상면은 평탄면을 형성하여 태양광을 차단하는 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.
제1항에 있어서,

상기 오목부는 원형, 타원형, 다각형, 및 호형(弧形) 중 적어도 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.
제1항에 있어서,

상기 확산 렌즈부는 적어도 하나의 평탄면을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 전광판용 픽셀 모듈.