KR101373600B1 - 엘이디모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LED 광원으로부터 발광되는 빛을 모아 휘도가 향상되도록 함으로써 안내표시의 식별력이 향상되고 시야각이 증가되도록 한 LED모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈는 인쇄회로기판상에 다수의 LED가 배열된 LED모듈의 전면에 배치되는 LED모듈결합체의 투광렌즈에 있어서, 상기 투광렌즈는 평판형으로 형성된 투명 재질의 렌즈몸체; 상기 렌즈몸체의 저면에 상기 LED가 삽입, 안착되도록 요입되는 LED안착홈; 및 상기 LED안착홈과 대향되는 상기 렌즈몸체의 상면에 형성되는 투광부를 포함하고, 상기 투광부는 상기 렌즈몸체의 상면에 동심원 형태로 돌출되는 다수의 반사돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈는 LED가 안착되는 부위에 해당되는 렌즈몸체에 동심원 형태로 돌출되는 다수의 반사돌기로 이루어진 투광부가 형성되어 발광되는 광을 모아 더 밝게 하므로 휘도가 향상됨에 따라 안내표시의 식별력이 향상되고 시야각이 넓어지는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 투광렌즈가 구비된 LED모듈결합체를 이용하여 전광 교통표지판을 제작, 설치하게 되면, 휘도의 향상으로 안내표시의 식별력이 우수하므로 안전운행을 유도하여 교통사고를 줄일 수 있고, 교통 흐름을 원활하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 운전자 및 보행자에 편의성을 제공할 수 있다.

Description

엘이디모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판{TRANSPARENT LENS OF LED MODULE ASSEMBLY AND APPARATUS FOR DISPLAYING TRAFFIC INFORMATION USING IT}
본 발명은 LED모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LED 광원으로부터 발광되는 빛을 모아 휘도가 향상되도록 함으로써 안내표시의 식별력이 향상되고 시야각이 증가되도록 한 LED모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판에 관한 것이다.
일반적으로, 교통표시장치는 운전자에게 차량의 진행방향이나 제한속도 등을 알려주는 기능을 수행하도록 도로의 중앙 또는 양쪽 가장자리에 설치되는 표시장치이다.
교통표시장치는 지면이나 도로구조물에 설치되는 지주와, 이 지주의 상부에 설치되는 교통표지판으로 구성되어 있다. 교통표지판은 표면에 문자, 도형 등이 인쇄 등의 방법으로 표시된 것으로 맑은 날씨나 주간에는 충분한 식별이 가능하지만 야간, 우천시, 안개가 낀 경우와 같이 기상상태가 좋지 않은 경우에는 식별력이 현저히 저하되어 안내판의 기능을 제대로 수행할 수 없으므로 교통사고의 원인이 되는 단점이 있었다.
그리고, 종래 교통표지판은 표시된 문자나 도형을 필요에 따라 수정하거나 변경할 수 없으므로 도로상황이나 기상조건에 맞게 교통정보, 도로정보 등을 능동적으로 제공할 수 없는 한계점을 가지고 있었다.
이러한 단점을 개선하기 위해 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0400256호, 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0292860호에 나타난 바와 같이 교통표지판이 LED모듈이 내장된 구조로 이루어진 것이 개시되어 있다.
예컨대, 상기한 바와 같이 LED모듈이 내장된 교통표지판(1)은 도1에 도시된 바와 같이 내부에 수용공간이 형성되고 지주(2)에 설치되는 함체(11)와 이 함체(11)에 내부에 설치되는 복수의 LED모듈결합체(12), 및 LED모듈결합체(12)의 제어동작을 수행하는 제어장치(미도시)를 구비한 구조로 되어 있다.
그리고, LED모듈 결합체(12)는 도2에 도시된 바와 같이 함체(11) 내부에 삽입되어 고정되는 모듈케이스(12a), 이 모듈케이스(12a)에 설치되고 인쇄회로기판상에 다수의 LED가 배열된 LED모듈(12b), LED모듈의 전면에 배치되는 투광렌즈(12c), 및 투광렌즈(12c)의 전면에 배치되고 태양광에 의한 광의 간섭을 방지하기 위한 선쉐이드부재(12d)로 구성되어 있다.
아울러, 투광렌즈(12c)는 볼록렌즈 형태로 형성된 것으로, 도2의 확대 단면 부분에 나타난 바와 같이 평판 형상을 갖는 렌즈몸체(12c1)의 배면에 LED가 삽입되는 LED 삽입홈(12c2)이 요입되어 있다.
하지만, 전술한 종래의 LED모듈결합체(12)는 볼록렌즈 형태로 형성된 투광렌즈(12c)가 설치되어 있어서 빛이 넓게 확산되므로 휘도가 균일하지 않아 교통표지장치에 적용할 경우 문자, 도안 등의 안내표시의 식별력이 떨어지고 시야각 좁은 단점이 있다.
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 광원으로부터 발광되는 빛을 모아 휘도가 향상되도록 함으로써 안내표시의 식별력이 향상되고 시야각이 증가되도록 한 LED모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈는 인쇄회로기판상에 다수의 LED가 배열된 LED모듈의 전면에 배치되는 LED모듈결합체의 투광렌즈에 있어서, 상기 투광렌즈는 평판형으로 형성된 투명 재질의 렌즈몸체; 상기 렌즈몸체의 저면에 상기 LED가 삽입, 안착되도록 요입되는 LED안착홈; 및 상기 LED안착홈과 대향되는 상기 렌즈몸체의 상면에 형성되는 투광부를 포함하고, 상기 투광부는 상기 렌즈몸체의 상면에 동심원 형태로 돌출되는 다수의 반사돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사돌기의 돌출 높이와 두께는 핫스팟이 발생되지 않도록 상기 반사돌기 중 최외곽 반사돌기의 직경에 대해 1 내지 10% 범위의 치수를 갖도록 형성되고, 상기 반사돌기의 형성간격은 휘도를 고려하여 0.2 내지 1.5mm 범위의 간격을 갖도록 형성되며, 상기 반사돌기 중 최외곽 반사돌기의 직경은 상기 LED안착홈의 직경에 대해 100 내지 250% 범위의 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 반사돌기의 돌출 높이와 두께는 2 내지 4mm 범위로 형성되고, 상기 반사돌기의 형성간격은 0.5 내지 1.0mm 범위로 형성된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 구비한 전광 교통표지판은 전광 교통지판에 있어서, 함체와, 상기 함체에 설치되는 LED모듈결합체를 포함하되, 상기 LED모듈결합체는 상기한 투광렌즈가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈는 LED가 안착되는 부위에 해당되는 렌즈몸체에 동심원 형태로 돌출되는 다수의 반사돌기로 이루어진 투광부가 형성되어 발광되는 광을 모아 더 밝게 하므로 휘도가 향상됨에 따라 안내표시의 식별력이 향상되고 시야각이 넓어지는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 투광렌즈가 구비된 LED모듈결합체를 이용하여 전광 교통표지판을 제작, 설치하게 되면, 휘도의 향상으로 안내표시의 식별력이 우수하므로 안전운행을 유도하여 교통사고를 줄일 수 있고, 교통 흐름을 원활하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 운전자 및 보행자에 편의성을 제공할 수 있다.
도1은 종래 교통표지판을 설명하기 위한 도면,
도2는 종래 LED모듈결합체를 나타낸 분리사시도,
도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투광렌즈가 구비되는 LED모듈결합체를 나타낸 분리사시도,
도4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈의 요부를 나타낸 도면,
도5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 정면도,
도5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 배면도,
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 도면,
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 도면,
도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 도면,
도9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 구비한 전광 교통표지판을 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투광렌즈가 구비되는 LED모듈결합체를 나타낸 분리사시도이다.
도3을 참조하면, LED모듈결합체(100)는 점등작용을 통해 운전자, 보행자 등에게 차량의 진행방향이나 제한속도 등을 알려주는 문자나 기호 등이 직접적으로 표현되는 부분으로 전광 교통표지판의 형태에 맞게 제작된 함체(200, 도9 참조)에 다수 개가 내장, 설치되도록 되어 있다.
그리고, LED모듈결합체(100)는 함체(200)에 마련된 모듈설치 프레임(210)에 설치되는 모듈하우징(110), 모듈하우징(110)에 설치되고 인쇄회로기판(121)상에 다수의 LED(122)가 배열된 램프모듈(120), 램프모듈(120)의 전면에 배치되고 광투과성 재질로 형성된 투광렌즈(130), 및 투광렌즈(130)의 전면에 배치되고 태양광에 의한 광의 간섭을 방지하기 위한 선쉐이드부재(140)로 구성되어 있다.
그리고, 램프모듈(120)은 후면에 인가되는 제어신호에 따라 전면으로 문자, 기호 등이 영상으로 표현되도록 LED(122)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)가 구비되어 있다.
도4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈의 요부를 나타낸 도면으로, (가)는 평면 구조를 나타낸 도면, (나)는 단면 구조를 나타낸 도면, (다)는 저면 구조를 나타낸 도면이다. 도5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 정면도, 도5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 배면도이다.
도4 및 도5b에 도시된 바와 같이 투광렌즈(130)는 평판형으로 형성된 투명 재질의 렌즈몸체(131), 이 렌즈몸체(131)의 저면에 LED(122)가 삽입, 안착되도록 요입되는 LED안착홈(132), 및 LED안착홈(132)과 대향되는 렌즈몸체(131)의 상면에 형성되는 투광부(133)를 구비한다.
그리고, 투광부(133)는 렌즈몸체(131)의 상면에 동심원 형태로 돌출되는 다수의 반사돌기(133a)로 구성된 점에 특징을 갖는 것으로 이하 구체적으로 설명한다.
반사돌기(133a)의 돌출 높이(a)와 두께(b)는 반사돌기(133a) 중 최외곽 반사돌기의 직경에 대해 1% 미만이거나 10% 이상으로 형성할 경우에 핫스팟(hot spot,광의 조도 또는 휘도가 서로 달라서 발생되는 빛 자국)이 발생됨을 실험에 통해 확인할 수 있었다. 이에 따라, 반사돌기(133a)의 돌출 높이와 두께는 핫스팟(hot spot)이 발생되지 않도록 반사돌기(133a) 중 최외곽 반사돌기의 직경에 대해 1 내지 10% 범위로 형성한다. 특히, 반사돌기(133a)의 돌출 높이와 두께는 2 내지 4mm로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 반사돌기(133a)는 그 형성간격(c)을 0.2mm 미만으로 조밀하게 형성하거나, 1.5mm 이상으로 넓게 형성할 경우 휘도가 급격하게 떨어짐을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 이에 따라, 반사돌기(133a)의 형성간격은 휘도의 향상을 고려하여 0.2 내지 1.5mm 범위의 간격을 갖도록 형성한다. 특히, 반사돌기의 형성간격은 0.5 내지 1.0mm로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
또한 반사돌기(133a) 중 최외곽 반사돌기의 직경은 LED안착홈(132)의 직경에 대해 100 내지 250% 범위의 직경을 갖도록 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같이 LED를 교통표지판에 널리 사용되고 있는 통상적인 호칭규격 5050 SMD LED(SURFACE-MOUNT DEVICES LED,5450 SMD LED로도 호칭됨)를 적용함에 따라 그 규격치수(가로, 세로길이 5mm X 5mm)에 대해 200%의 직경인 10mm로 형성되어 있다.
그리고, 투광렌즈(130)의 렌즈몸체(131)는 0.5mm 전후의 두께가 되도록 형성한다.
이하, 본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈의 구체적인 실시예를 설명한다.
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 도면이고, 도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 도면이며, 도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 나타낸 도면이다. 그리고, 도6 내지 도8에서 (가)는 평면 구조를 나타낸 도면, (나)는 단면 구조를 나타낸 도면, (다)는 저면 구조를 나타낸 도면이다.
<실시예1>
도6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈(130)는 반사돌기(133a)의 돌출 높이(a)와 두께(b)를 0.3mm로 형성하고 반사돌기(133a)의 형성간격(c)을 0.3mm로 형성하여 중심으로부터 8개의 반사돌기가 동심원 형태로 배치되게 형성하였다.
<실시예2>
도7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈(130)는 반사돌기(133a)의 돌출 높이(a)와 두께(b)를 0.3mm로 형성하고 반사돌기(133a)의 형성간격(c)을 0.5mm로 형성하여 중심으로부터 6개의 반사돌기가 동심원 형태로 배치되게 형성하였다.
<실시예3>
도8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈(130)는 반사돌기(133a)의 돌출 높이(a)와 두께(b)를 0.3mm로 형성하고 반사돌기(133a)의 형성간격(c)을 1.0mm로 형성하여 중심으로부터 4개의 반사돌기가 동심원을 이루도록 형성하였다.
한편, 전술한 각 실시예에서는 렌즈몸체(131)의 두께는 모두 0.5mm로 형성하고, LED안착홈(132)의 직경은 모두 7.8mm의 반경과 1mm의 깊이를 갖도록 형성하는 한편, LED안착홈(132)에 설치되는 LED는 모두 통상호칭 5050 SMD LED(가로, 세로길이 5mm X 5mm)를 적용한다.
그리고, 전술한 투광부(133)를 렌즈몸체(131)에 가로방향으로 4개씩 4열을 이루도록 등간격으로 형성하고, 그 배면에 LED안착홈(132)과 대응되게 인쇄회로기판상에 LED가 배치된 LED모듈(120)을 설치하여 LED모듈결합체(100)를 구성한다.
이때, LED는 화이트(White)LED, 레드(Red)LED, 그린(Green)LED, 블루(Blue)LED를 적용하여 각 실시예 마다 4개씩의 LED모듈결합체(100)를 제작한다.
이후 제1 내지 제3 실시예에 따른 12개의 LED모듈결합체(100)를 암실에 순서대로 설치하고 전원을 공급하여 점등시킨 다음 LED모듈결합체로부터 10미터(m)의 거리에 조도측정기 측정모듈을 배치하여 조도를 측정하였다.
표1은 전술한 제1 내지 제3 실시예에 의해 제작된 LED모듈결합체의 조도 및 휘도를 측정하여 표시한 것이다.
구분
제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예
휘도(cd/㎡) 조도(lx) 휘도(cd/㎡) 조도(lx) 휘도(cd/㎡) 조도(lx)
화이트(White)LED 7506,3 5874.01 7796.3 6369.95 8140.1 6369.99
레드(Red)LED 1786.2 1397.00 1829.3 1431.00 1790.1 1400.83
그린(Green)LED 4983.1 3899.50 5154.1 4033.31 5549.0 4342.34
블루(Blue)LED 675.4 528.57 720.0 563.43 699.3 547.26
아울러, 반사돌기(133a)의 형성간격(c)을 0.2mm 미만으로 조밀하게 형성하거나, 1.5mm 이상으로 넓게 형성한 투광렌즈가 구비된 LED모듈결합체를 제작하여 동일한 방법으로 조도를 측정한 결과, 표1에 나타난 제1 내지 제3 실시예에 비해 조도 및 휘도가 급격하게 저하됨을 확인할 수 있었다. 비교예로서 구체적인 설명과 비교는 생략한다.
표1에 나타난 바와 같이 반사돌기(133a)의 형성간격(c)은 LED모듈결합체의 조도 및 휘도에 중요한 인자임을 확인할 수 있다. 즉, 특정 색상(레드(Red)LED, 블루(Blue)LED)의 LED에서는 미차가 있었으나 전반적으로 반사돌기(133a)의 형성간격(c)을 0.3mm로 형성한 제1 실시예, 반사돌기(133a)의 형성간격(c)을 0.5mm로 형성한 제2 실시예, 반사돌기(133a)의 형성간격(c)을 1.0mm로 형성한 제3 실시예 순으로 조도 및 휘도 특성이 우수함을 확인할 수 있었고, 반사돌기(133a)의 형성간격이 제1 내지 제3 실시예를 벗어날 경우 조도 및 휘도 특성이 저하됨을 확인할 수 있었다.
그리고, 표1에 표시된 휘도는 조도측정기에 의해 측정된 각 실시예에 따른 LED모듈결합체의 조도(lx)를 휘도(cd/㎡)로 환산한 것으로, 통상적인 환산식(cd/㎡= X(lx) x 0.94(통상 Mirror 반사율) x 0.75(통상 Screen의 투과율) x 5.7(현재 사용중인 Screen(Toppan, DNP)gain) x 0.318(lx에서 nit로의 변환계수)에 의해 환산하여 표시하였다.
도9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 구비한 전광 교통표지판을 설명하기 위한 사시도이다.
도9를 참조하면, 본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈를 구비한 전광 교통표지판은 함체(200)와, 이 함체(200)에 설치되는 LED모듈결합체(100)를 구비하되, LED모듈결합체(100)는 전술한 투광렌즈(130)가 구비된 것을 적용하여 구성한다.
그리고, 함체(200)는 전체적인 골격을 형성하는 부분으로 전면방향에 상기한 LED모듈 결합체(100)가 설치되고 내부에 수용공간이 형성된 것으로, 수용공간의 내부 또는 함체(200)의 외면에는 전광 교통표시판을 지주에 설치하기 위한 횡지지대(미도시)가 결합되도록 되어 있다.
전술한 바와 같이 구성된 전광 교통표지판은 휘도 특성이 우수한 투광렌즈(130)가 구비된 LED모듈결합체(100)가 설치되어 있으므로 빛이 넓게 확산되지 않고 휘도가 균일하여 안내표시의 식별력이 우수하고 시야각이 넓어지게 되는 효과를 발휘한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 LED모듈결합체의 투광렌즈 및 이를 구비한 전광 교통표지판을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
100:LED모듈결합체 110:모듈하우징
120:램프모듈 121:인쇄회로기판
122:LED 130:투광렌즈
131:렌즈몸체 132:LED안착홈
133:투광부 133a:반사돌기
140:선쉐이드부재 200:함체
210:모듈설치 프레임 a:반사돌기의 돌출 높이
b:반사돌기의 두께 c:반사돌기의 형성간격

Claims (4)

  1. 인쇄회로기판상에 다수의 LED가 배열된 LED모듈의 전면에 배치되는 LED모듈결합체의 투광렌즈에 있어서,
    상기 투광렌즈는 평판형으로 형성된 투명 재질의 렌즈몸체; 상기 렌즈몸체의 저면에 상기 LED가 삽입, 안착되도록 요입되는 LED안착홈; 및 상기 LED안착홈과 대향되는 상기 렌즈몸체의 상면에 형성되는 투광부를 포함하고, 상기 투광부는 상기 렌즈몸체의 상면에 동심원 형태로 돌출되는 다수의 반사돌기를 포함하되,
    상기 반사돌기의 돌출 높이와 두께는 핫스팟이 발생되지 않도록 상기 반사돌기 중 최외곽 반사돌기의 직경에 대해 1 내지 10% 범위의 치수를 갖도록 형성되고,
    상기 반사돌기의 형성간격은 휘도를 고려하여 0.2 내지 1.5mm 범위의 간격을 갖도록 형성되며,
    상기 반사돌기 중 최외곽 반사돌기의 직경은 상기 LED안착홈의 직경에 대해 100 내지 250% 범위의 직경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 LED모듈결합체의 투광렌즈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사돌기의 돌출 높이와 두께는 2 내지 4mm이고,
    상기 반사돌기의 형성간격은 0.5 내지 1.0mm인 것을 특징으로 하는 LED모듈결합체의 투광렌즈.
  4. 전광 교통지판에 있어서,
    함체와;
    상기 함체에 설치되는 LED모듈결합체를 포함하되,
    상기 LED모듈결합체는 제1항 또는 제3항의 투광렌즈가 구비된 것을 특징으로 하는 LED모듈결합체의 투광렌즈를 구비한 전광 교통표지판.
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