KR102312539B1

KR102312539B1 - 광섬유를 이용한 발광형 표지판

Info

Publication number: KR102312539B1
Application number: KR1020210043782A
Authority: KR
Inventors: 서성집; 이종보; 이동현
Original assignee: 한국이미지시스템(주)
Priority date: 2021-04-05
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2021-10-14

Abstract

본 발명은 표지판부에 결합되어 발광하는 광섬유 말단부의 과도한 확산발광을 억제할 수 있도록 광섬유가 삽입 고정되는 광섬유 홀더에 반사용 도금층을 가진 튜브형 반사거울부가 형성되도록 하여, 튜브형 반사거울부가 광폭을 늘리거나 혹은 줄일 수 있어 고속도로나 지방도로에 적합한 교통표지판 또는 광고판을 제공할 수 있는 것으로, 복수의 관통홀이 형성된 광섬유 고정판을 포함하는 표지판부 ; 전방부에 배치되는 튜브 형태로서 상기 관통홀에 삽입되며 내주면에 중공이 형성된 튜브 형태의 반사용 도금층이 형성된 튜브형 반사거울부와, 후방부에 배치되는 튜브 형태의 튜브형 홀더부를 포함하는 복수의 광섬유 홀더 ; 전방단부가 상기 튜브형 홀더부에 각각 삽입 고정되는 복수의 광섬유 ; 결속된 상기 복수의 광섬유의 후방단부로 LED광을 공급하는 광원부 ; 를 포함하며, 상기 튜브형 홀더부에 삽입된 광섬유의 전방단부로부터 출사되는 빛은 상기 튜브형 반사거울부의 반사용 도금층에 반사되면서 상기 반사용 도금층의 중공을 통과하여 확산발광이 억제되면서 상기 튜브형 반사거울부를 통과하는 것을 특징으로 한다.

Description

광섬유를 이용한 발광형 표지판{Light-Emitting type Road Sign Board using Optical fiber}

본 발명은 광섬유를 이용한 발광형 표지판에 관한 것으로, 교통표지판 또는 광고판 등의 표지판에 표시되는 도형면에 다수개의 광섬유 말단부를 일정간격으로 조밀하게 노출시켜 배치하고, 광섬유의 반대편 말단부에 광을 투사하여, 일정 가시거리에서 노출된 다수개의 광섬유 말단부에서 발광되는 광을 선 또는 면으로 인식되도록 하여, 야간이나 어두운 환경에서 교통표지판 또는 광고판의 도형을 발광체로 선명하게 인식할 수 있도록 하는 것이다.

안개가 잦은 곳, 야간 교통사고가 많이 발생하는 지역 등에서는 보다 시인성 및 판독성이 좋은 안전표지의 설치가 필요하다. 이러한 필요에 의해서 최근에는 기술의 발전으로 수명이 반영구적인 발광다이오드(LED)를 사용한 제품이 사용되고 있으며 이에는 조명식 및 발광형 교통안전표지가 있다.

이러한 제품은 야간에는 휘도에 의존하여 시인되며, 주간에는 기존의 안전표지의 형상을 그대로 구현하거나(조명식), 최소의 재귀반사 시트를 부착하여(발광형) 휘도율에 의존함으로써 안전표지의 정보를 얻는다.

또한, 비, 안개, 눈 등의 악천후시에는 도로의 상황에 따라 속도를 규제하는 가변형 교통안전표지를 사용하여야 하며 이 경우에는 주·야간 모두 발광되는 휘도값으로 정보를 얻게 된다.

최근 자료에 의하면 기존표지에 비해 조명식 및 발광형 표지의 시인거리 증가율은 평균 약 55.7%, 판독거리는 평균 약 73.1% 증가하는 것으로 나타났으며 선호도도 79.3% 높게 나타나 선별된 지점에 이러한 표지를 설치하는 것이 타당하다는 결론이 도출되었다.

표지판의 조명장치에는 크게 내부조명방식과 외부조명방식의 2가지 형태가 있으며, 일반적으로 외부조명방식은 차량 하향 전조등의 도달이 어렵고 측주식(側柱式)이나 문형식(門形式)의 표지판 설치위치가 높은 것에도 사용되고 있으나 이 방식은 표시판에 사용되는 반사시트의 재귀반사특성을 충분히 발휘하지 못하는 결점이 있다.

내부조명방식은 지주형식에 얽매이지 않고 설치장소 주위의 환경이나 도로의 분기부나 출구부 등의 지시점을 표시하는 중요도가 큰 표시판에 사용되며 또한 규제표지와 지시표지의 일부에 내부조명방식이 사용된다.

이에 따라, 최근에는 LED와 같은 발광소자 대신에 광섬유를 이용한 발광형 표지판이 각광을 받고 있다.

광섬유는 광을 분산하여 분할 조명할 수 있을 뿐 아니라 발광소자에 비해 소비전력을 줄일 수 있고, 고휘도의 발광력을 가지고 있으며, 자유로운 변형이 가능하고, 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

따라서 광섬유를 이용한 발광형 표지판이, 각종 광고판이나 도로 표지판, 안내표지판 등 여러 가지 용도로 폭넓게 사용되고 있다.

그러나 종래의 광섬유를 이용한 발광형 표지판은, 광섬유 말단을 황삭 절단한 후 이를 표지판에 그대로 결합하는 형태이므로, 광섬유 말단이 매우 거칠게 절단 가공되며, 이로 인하여 광섬유 말단에서 과도한 확산발광이 발생한다는 문제점이 있다.

도 12는 종래 기술의 광섬유 말단의 과도한 확산발광을 나타낸 도면이다.

한편 표지판에 광섬유를 고정하기 위한 일반적인 방법은 전면 표지판에 다수의 구멍을 뚫은 다음 각각의 구멍에 광섬유 홀더를 끼우고 광섬유 말단을 삽입하여 고정하는 방법과 뚫어진 구멍에 광섬유의 말단을 직접 끼워 넣은 후에 견고한 결합상태를 보장받기 위하여 접착제를 사용하여 광섬유를 표지판에 접착하는 방법을 주로 사용하고 있다.

그러나 접착제를 이용하여 광섬유를 표지판에 접착하면 주변이 지저분하게 되고 작업시간도 많이 소요되며, 또한 접착제가 광섬유에서 발산하는 빛을 차단하여 문자나 그림이 흐려지게 하는 단점이 있을 뿐만 아니라, 접착상태가 견고하지 못하여 광섬유가 부분적으로 빠지는 문제점이 있다.

또한, 광섬유를 접착방식으로 고정하는 방법은 유지보수가 어려울 뿐만 아니라 유지보수에 따른 비용이 많이 발생하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-0928329호 "광섬유 발광형 도로표지판의 홀더 장착장치 및 이를 이용한 홀더 시공방법" (2009.11.17. 등록), 대한민국 등록특허공보 제10-1291425호 "발광형 표지판 및 이의 제조방법" (2013. 7.24. 등록), 대한민국 등록특허공보 제10-1511049호 "광섬유를 이용한 발광형 표지판" (2015. 4. 6. 등록) 등은 표지판에 다수의 구멍을 뚫은 다음 각각의 구멍에 광섬유 홀더를 끼우고 광섬유 홀더에 광섬유 말단을 삽입하여 고정하는 방법을 제안하고 있다.

그러나 상기 종래기술들은 가느다란 광섬유를 광섬유 홀더의 중심부에 형성된 삽입공으로 밀어 넣은 다음 광섬유 홀더를 표지판의 관통홀에 고정하도록 되어 있어 삽입공의 내경을 광섬유의 직경보다 크게 형성하면 광섬유의 삽입은 용이하지만, 광섬유 홀더를 표지판에 고정하는 과정에서 광섬유 홀더에 삽입된 광섬유의 위치가 변하게 되므로 재작업을 해야 하고, 이와는 반대로 삽입공의 내경을 광섬유의 직경과 거의 동일하게 형성하면 광섬유 홀더에 광섬유를 삽입하는 작업이 어려워지는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0928329호 "광섬유 발광형 도로표지판의 홀더 장착장치 및 이를 이용한 홀더 시공방법" (2009.11.17. 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1291425호 "발광형 표지판 및 이의 제조방법" (2013. 7.24. 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1511049호 "광섬유를 이용한 발광형 표지판" (2015. 4. 6. 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 표지판부에 결합되어 발광하는 광섬유 말단부의 과도한 확산발광을 억제할 수 있도록 광섬유가 삽입 고정되는 광섬유 홀더에 반사용 도금층을 가진 튜브형 반사거울부가 형성되도록 하여, 튜브형 반사거울부가 광폭을 늘리거나 혹은 줄일 수 있어 고속도로나 지방도로에 적합한 교통표지판 또는 광고판을 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 복수의 관통홀이 형성된 광섬유 고정판을 포함하는 표지판부 ; 전방부에 배치되는 튜브 형태로서 상기 관통홀에 삽입되며 내주면에 중공이 형성된 튜브 형태의 반사용 도금층이 형성된 튜브형 반사거울부와, 후방부에 배치되는 튜브 형태의 튜브형 홀더부를 포함하는 복수의 광섬유 홀더 ; 전방단부가 상기 튜브형 홀더부에 각각 삽입 고정되는 복수의 광섬유 ; 결속된 상기 복수의 광섬유의 후방단부로 LED광을 공급하는 광원부 ; 를 포함하며, 상기 튜브형 홀더부에 삽입된 광섬유의 전방단부로부터 출사되는 빛은 상기 튜브형 반사거울부의 반사용 도금층에 반사되면서 상기 반사용 도금층의 중공을 통과하여 확산발광이 억제되면서 상기 튜브형 반사거울부를 통과하는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 광섬유 홀더는, 상기 튜브형 반사거울부와 상기 튜브형 홀더부 사이의 내주면에 방사상 내측으로 돌출 형성된 진입 방지턱을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 튜브형 반사거울부는, 일자형 튜브 형태이거나, 전방을 향하면서 경사지게 확관되는 튜브 형태일 수 있다.

상기에 있어서, 전방단부가 상기 튜브형 홀더부의 외측을 감싸며 후방단부가 상기 광섬유의 일부를 감싸도록 배치되는 탄성튜브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기에 있어서 : 상기 표지판부는, 상기 광섬유 고정판의 전방면에 부착된 반사시트와, 상기 반사시트의 전방면에 부착된 재귀반사시트와, 상기 재귀반사시트의 전방에 장착되는 보호용 전면판을 더 포함하며 ; 일면에 서로 다른 방향으로 연장되는 복수의 반원형 광섬유 분산 안내홈이 형성된 한 쌍의 결합판이 서로 마주보면서 결합되어 내부에 서로 다른 방향으로 연장되는 복수의 광섬유 분산 안내홀이 형성된 광섬유 분산판이 마련되며 ; 상기 복수의 광섬유는 상기 복수의 광섬유 분산 안내홀에 분산 배치되는 것 ; 이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은, 표지판부에 결합되어 발광하는 광섬유 말단부의 과도한 확산발광을 억제할 수 있도록 광섬유의 전방단부가 삽입 고정되는 광섬유 홀더의 전방단부에 반사용 도금층을 가진 튜브형 반사거울부가 형성되도록 하여, 튜브형 반사거울부가 확산발광을 억제하면서 광폭을 늘리거나 혹은 줄일 수 있어 고속도로나 지방도로에 적합한 교통표지판 또는 광고판을 제공할 수 있다.

특히 본 발명은 광섬유 홀더의 튜브형 반사거울부에 의하여 과도한 확산발광을 억제하여 빛의 소산을 방지하면서 집광 혹은 확광이 가능하여, 집광의 경우는 고속도로 표지판에 적합하도록 하고, 확광의 경우는 국도의 표지판에 적합하도록 하여 현시성을 더욱더 명확하게 할 수 있어, 야간이나 어두운 환경에서 교통표지판 또는 광고판의 표시를 운전자 등이 원거리에서도 선명하고 분명하게 인식할 수 있어 교통사고 방지에 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유를 이용한 발광형 표지판의 사시도,
도 2는 도 1의 단면 개념도,
도 3은 도 2의 표지판부를 분해하여 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시례에 의한 수용콘의 기울기와 광섬유 입사각을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시례에 의한 광섬유 분산판의 사시도,
도 6은 도 5의 분해 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 홀더의 다양한 단면 형태를 보이는 도면들,
도 8은 광섬유 고정판에 광섬유 홀더 삽입을 위한 작업용 정반의 개념도,
도 9는 빛의 굴절각을 나타낸 광섬유 투시도,
도 10은 광섬유 굴곡부에 대한 투시도,
도 11은 주행속도에 따른 등급별 광폭,
도 12는 종래 기술의 광섬유 말단의 과도한 확산발광을 나타낸 도면.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유를 이용한 발광형 표지판의 사시도이며, 도 2는 도 1의 단면 개념도이며, 도 3은 도 2의 표지판부를 분해하여 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시례에 의한 수용콘의 기울기와 광섬유 입사각을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시례에 의한 광섬유 분산판의 사시도이며, 도 6은 도 5의 분해 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 홀더의 다양한 단면 형태를 보이는 도면들이며, 도 8은 광섬유 고정판에 광섬유 홀더 삽입을 위한 작업용 정반의 개념도이다.

본 발명의 일 실시례에 의한 발광형 표지판은 프레임(100)과, 후면판(200)과, 표지판부(300)와, 광섬유부(410, 420, 430, 440)와, 광원부(500)로 이루어진다.

본 실시예에서 프레임(100)은 전후방이 개방된 형태이며, 프레임(100)의 후방에 후면판(200)이 결합되고, 프레임(100)의 전방에 표지판부(300)가 결합되어, 후면판(200)과 표지판부(300)에 의하여 프레임(100)의 내부가 밀폐되며, 프레임(100)의 내부에 광섬유부(410, 420, 430, 440)와 광원부(500)가 마련된다.

표지판부(300)는 보호용 전면판(310)과, 재귀반사시트(320)와, 반사시트(330)와, 광섬유 고정판(340)이 전방으로부터 후방을 향하여 순차적으로 배치되는 구성이다.

광섬유 고정판(340)의 전방면에 반사시트(330)가 부착되며, 반사시트(330)의 전방면에 재귀반사시트(320)가 부착되며, 재귀반사시트(320)의 전방에 보호용 전면판(310)이 장착된다.

보호용 전면판(310)은 투명판으로서, 눈이나 비의 침투를 방지하며 주변환경으로부터 발생하는 여러가지 오염을 방지한다.

재귀반사시트(320)는 야간에 운전자에게 현시성을 높이기 위한 것으로, 재귀반사필름을 사용할 수 있으며, 특히 구슬형 혹은 프리즘형의 반사체가 있는 재귀반사필름이 바람직하다.

반사시트(330)는 재귀반사시트(320)에서 누설되는 광을 반사하기 위한 것으로, 금박, 은박 혹은 알루미늄박 등의 일반적인 반사필름이 적용될 수 있으며, 특히 은박 내지 알루미늄박의 필름이 바람직하다.

광섬유 고정판(340)은 일정한 두께를 가지는 판재로 형성하고, 판재의 일측면에 나타내고자 하는 표지문양을 컴퓨터로 도안하고, 반사시트(330)와 재귀반사시트(320)을 각각 커팅기로 재단하여 광섬유 고정판(340)에 부착한다.

광섬유 고정판(340)은 일정 강도를 가지면서 무게가 가볍고 가공이 용이한 알루미늄 또는 합성수지 판재를 사용하는 것이 바람직하다.

광섬유 고정판(340)에 반사시트(330) 및 재귀반사시트(320)가 부착된 상태에서 표현하고자 하는 표지문양에 맞게 복수의 관통홀(341)이 가공 형성된다.

따라서 광섬유 고정판(340)에 형성된 관통홀(341)에 대응하여 반사시트(330) 및 재귀반사시트(320)에도 각각 구멍이 형성된다.

광섬유 고정판(340)의 관통홀(341)에 광섬유 홀더(350)를 매개하여 광섬유(410)가 삽입 결합된다.

먼저 광섬유(410)를 포함한 광섬유부를 설명한다.

광섬유부는 복수개의 광섬유(410)를 포함하며, 광섬유(410)는 일정 길이와 규격을 가진다.

광섬유부는 광섬유 번들 홀더(420), 수용콘(430), 광섬유 분산판(440)을 더 포함한다.

복수개의 광섬유(410)는 전방단부가 광섬유 고정판(340)의 각각의 관통홀(341)의 광섬유 홀더(350)에 결합되면서 사방으로 분산된 상태이며 후방단부가 번들 형태로 결속된다.

이와 같이 복수개의 광섬유(410)는 번들 형태로 결속되면서 급격한 굴곡이 형성되면서 광손실을 초래하기 쉬우며, 이를 방지하기 위하여 광섬유 분산판(440)을 번들 형태의 광섬유(410), 즉 광섬유 번들의 전방에 설치하여 광섬유(410)가 완만한 굴곡으로 연장될 수 있도록 한다.

광섬유 분산판(440)은 서로 마주보면서 결합되는 한 쌍의 결합판(440A, 440B)으로 구성되며, 한 쌍의 결합판(440A, 440B) 각각에는 서로 마주보는 면에 서로 대칭되는 크기 및 형태의 다수개의 반원형 단면구조가 연장되는 홈 형태인 광섬유 분산 안내홈(441A, 441B)이 형성되어 있다.

각각의 광섬유 분산 안내홈(441A, 441B)은 서로 다른 방향으로 연장된다.

따라서 한 쌍의 결합판(440A, 440B)이 서로 결합되면서 광섬유 분산판(440)을 형성하며, 반원형 단면 구조의 광섬유 분산 안내홈(441A, 441B)이 서로 결합되면서 광섬유 분산판(440) 내부에 원형의 광섬유 분산 안내홀(441)을 형성하게 된다.

광섬유 분산판(440)의 광섬유 분산 안내홀(441)의 기울기는 광섬유 분산판(440)의 후방면에 대하여 상하로 90°, 80°, 70°, 58°, 45°, 30°로 경사지도록 하며, 각각의 광섬유 분산 안내홀(441) 각각에 이에 근접한 광섬유(410) 다수개를 묶음으로 해서 분산 배치한다.

광섬유 분산판(440)을 지난 복수의 광섬유(410)는 그 후방단부가 번들 형태로 결속되며, 번들 형태의 광섬유 번들(410)은 광섬유 번들 홀더(420)에 삽입되면서 고정된다.

수용콘(430)은, 광원부(500)와 광섬유 번들 홀더(420) 사이에 마련되어, 광원부(500)의 LED광을 광섬유(410)의 후방단부로 인입하게 된다.

광원부(500)는 LED광원(510)과 집광렌즈(520)로 이루어지며, 결속된 광섬유(410)의 후방단부로 LED광을 공급한다.

광섬유(410)의 전방단부가 광섬유 홀더(350)를 매개하여 광섬유 고정판(340)의 관통홀(341) 각각에 결합되는 구조를 설명한다.

광섬유 고정판(340)의 관통홀(341) 각각에 광섬유 홀더(350)가 결합된다.

광섬유 홀더(350)는 튜브 형태로서, 그 재질은 플라스틱, 구리, 스테인리스 혹은 알루미늄 등이 가능하나, 후술하는 도금의 용이성 및 확관의 용이성 등을 고려할 때 알루미늄이 바람직하다.

광섬유 홀더(350)의 전방부에는 튜브형 반사거울부(351)가 형성되며, 후방부에는 튜브형 홀더부(352)가 형성된다.

아울러 튜브형 반사거울부(351)와 튜브형 홀더부(352) 사이에 내주면에는 방사상 내측으로 돌출 형성된 진입 방지턱(353)이 형성되어 있다.

튜브형 반사거울부(351)는 튜브 형태로서 광섬유 고정판(340)의 관통홀(341)에 삽입되어 고정되는 부위이며, 그 내주면에 반사용 도금층(351a)이 형성되어 있다.
반사용 도금층(351a)은 도 2에 도시된 바와 같이 중공이 형성된 튜브 형태이다.

반사용 도금층(351a)은 니켈 도금층 혹은 크롬 도금층으로 반사율을 상승시킨다.

튜브형 반사거울부(351)는 반사용 도금층(351a)의 광반사 효과로 광섬유(410) 말단부의 과도한 확산발광을 억제하게 된다.

튜브형 홀더부(352)는 튜브 형태로서 그 내주면에 광섬유(410)의 전방단부가 삽입되어 고정된다.

진입 방지턱(353)은 튜브형 홀더부(352)로 삽입된 광섬유(410)가 과도하게 진입하는 것을 방지하기 위한 것으로, 이에 의하여 광섬유(410)의 삽입 작업이 원활하게 된다.

광섬유(410)는 클래딩(412)의 말단부에서 코어(411)가 1~2mm 더 돌출된 상태로 튜브형 홀더부(352)에 고정되도록 한다.
따라서 튜브형 홀더부(352)에 삽입된 광섬유(410)의 전방단부로부터 출사되는 빛은, 튜브형 반사거울부(351)의 반사용 도금층(351a)에 반사되면서 반사용 도금층(351a)의 중공을 통과하여 확산발광이 억제되면서 튜브형 반사거울부(351)를 통과하여 빛의 소산을 방지하게 된다.

튜브형 반사거울부(351)의 형태는 도 7과 같이 다양하게 변형될 수 있다.

도 7에서 튜브형 반사거울부(351)는 (a)와 같이 일자형 튜브의 형태 그대로 사용하거나, 혹은 (b)와 같이 일자형 튜브를 동일한 크기로 확관하여 일자형 확관 튜브로 사용하거나, 혹은 (c) 및 (d)와 같이 일자형 튜브를 경사지게 확관하여 사용할 수 있으며, 이러한 형태는 집광 및 확광에 맞게 적절하게 선택할 수 있다.

(c) 및 (d)와 같이 경사지게 확관한 경우 경사각은 10~30°가 바람직하다.

도 11은 주행속도에 따른 등급별 광폭을 도시한 것이다.

도 11에서, 단위는 도이며, B1: 주행속도 80~100(km/hr), B2: 60~80(km/hr), B3: 60(km/hr) 이하이다.

도 11에서 광폭(Beam Width)에 대한 유럽의 경우에는 클래스1~7까지 구분하고 있으나 이를 우리 나라에서 반영하기에는 분류가 지나치게 많은 경향이 있다.

따라서 건설기술연구원의 에너지절약형 경량 VMS(Variable Message Sign) 개발에서 연구한 결과를 반영하여 우리나라의 현실에 맞게 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단되고, 이러한 광폭을 만들기 위한 방안으로 본 발명이 적용될 수 있다.

일반적으로 교통표지판에 있어서 고속도로에서는 전광판을 멀리서 보아야 하므로, 광폭(Beam width)이 좁은 대신 중심 광도가 높은 표지판이 유리하며, 국도 등 차량의 속도가 낮은 지역에서는 다양한 각도에서 보아야 하므로 광폭이 넓은 표지판이 유리하다.

따라서 튜브형 반사거울부(351)의 크기 및 형태를 변경하여 고속도로 혹은 국도에 적합합 광폭 및 중심 광도를 형성할 수 있으며, 야간이나 어두운 환경에서 교통표지판 또는 광고판의 표시를 운전자 등이 고속도로와 일반도로에 적합한 광폭(Beam width)을 만들어 원거리에서도 선명하고 분명하게 인식할 수 있어 교통사고 방지에 효과가 있다.

광섬유(410)가 튜브형 홀더부(352)에 진입한 후 탄성튜브(360)에 의하여 튜브형 홀더부(352) 및 광섬유(410)의 외측을 마감 처리한다.

즉 탄성튜브(360)의 전방단부가 튜브형 홀더부(352)의 외측을 감싸며 탄성튜브(360)의 후방단부가 광섬유(410)의 일부(튜브형 홀더부(352)에서 후방으로 돌출된 광섬유(410)의 부위)를 감싸도록 장착된다.

탄성튜브(360)의 직경은 광섬유(410)의 직경보다 작아 이를 확경하면 탄성 복원에 의하여 밀착성을 가지며, 탄성튜브(360)가 확경한 상태에서 튜브형 홀더부(352) 및 광섬유(410)의 외측에 장착된 후, 탄성 복원에 의하여 튜브형 홀더부(352) 및 광섬유(410)에 밀착되면서 이를 단단하게 고정하여 광섬유(410)의 과도한 굴곡과 손상을 막아 광손실을 방지할 수 있다.

탄성튜브(360)는 광섬유(410)와 함께 튜브형 홀더부(352)로 진입하며, 이때 광섬유(410)는 튜브형 홀더부(352)의 내부로 집입하고, 탄성튜브(360)는 튜브형 홀더부(352)의 외부로 진입하도록 하여, 탄성튜브(360)가 튜브형 홀더부(352) 및 광섬유(410)의 외측에 밀착 결합될 수 있다.

도 4와 같이, 광원부(500)는 한 개 이상의 LED광원(510)과 집광렌즈(520)를 결합하여 형성하며, 집광렌즈(520)의 굴절각은 60~120°가 일반적이지만, 60°가 가장 바람직하다.

광원부(500)에서 60°로 발광하는 LED광이 수용콘(430, Cone of acceptance)에서 반사되어 번들 형태의 광섬유(410)에 입사하는 입사각은 10~15°가 바람직하다.

LED광이 광섬유부(410)로 균일하게 인입되도록 하기 위한 방안은 아래와 같다.

본 실시례의 광섬유(410)는 플라스틱류로 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate)으로 된 코어(core)(411)와 불소폴리머(F-PMMA: fluorine Polymethyl methacrylate)로 만들어진 클래딩(cladding)(412)층으로 구성되어 있다. 클레드(412)의 굴절률(refractive index)이 코어(411)보다 낮으므로 광섬유(410)의 한쪽 끝단으로부터 들어온 빛은 코어(411)와 클레드(412)의 접속 면에서 전반사(total-reflection)를 일으켜 코어(411)를 통하여 광섬유(410)의 다른 끝단으로 나간다

광섬유(410)의 내부 전반사를 발생시키는 입사각(θ1)을 설정하는 방안;

스넬의 법칙에 따르면 입사면과 굴절면에서 굴절광은 입사광과 입사점에 세운 법선에서 입사각의 정현과 굴절각의 정현 비는 입사각의 크기에 따르지 않고 경계면 양측의 매질의 굴절률(n)에 의해 정해지는 정수이다.

도 9는 빛의 굴절각을 나타낸 광섬유 투시도이다.

도 9를 참조하여 먼저 굴절률(n)을 살펴보면, 공기의 굴절률 n1 = 1.0, 내부 코어 굴절률 n2 = 1.48, 외부 클래딩 굴절률 n4 = 1.44이고, 광섬유 하단 가장자리의 입사각을 θ5라고 한다.

광섬유 코어의 임계각(θc)을 구하는 공식은

θc = sin-1 (n4 / n2)---------공식(1)이고,

입사각과 굴절각에 관한 스넬의 법칙은

n1 sin θ1 = n2 sin θ2-----------공식(2)이다.

기하학적으로 θ2 = θ3' = 90° - θ3이고,

마지막으로 θ3 및 θ5는 평행선상에 대한 대체 각도이므로 두 각도는 동일하다(θ5 = θ3).

여기서 광섬유의 임계각을 공식(1)을 이용해 구하면,

θc = sin-1 (1.44 / 1.48) = 76.65° 즉, 코어와 클래딩 인터페이스의 임계 각도는 76.65°이다.

광섬유에서 내부 전반사가 발생하려면 반사각 θ3은 임계각보다 커야 하므로 θ3 = 90° - θ2 > θc이고,

90° - θC > θ2

--> 90° - 76.65° = 13.35° > θ2

즉, 내부 전반사가 광섬유의 상단 가장자리에서 발생하는 경우 입구의 굴절 각도(θ2)는 13.4° 미만 이어야 한다.

입사각(θ1)을 구하는 과정은 θ2 <13.4°이면 sin θ2 <sin (13.4°)이다.

따라서 공식(2) Snell의 법칙을 사용하여

sin θ1 = (n2 / n1) sin θ2 <(n2 / n1) sin (13.4o)

따라서

θ1 = sin-1 [(n2 / n1) sin θ2] < sin-1 [(n2 / n1) sin (13.40°)]

θ1 < sin -1 [(1.48 / 1.0) sin (13.4°)]이므로 θ1 <20.0°.

즉, 빛이 20° 미만의 각도로 광섬유에 들어오면 빛은 내부 전반사를 일으키게 되며, 광섬유의 입사각에 대한 이 최대값을 컷오프 각도라고 한다.

도 4는 위의 계산을 근거로 해서 작도되었으며, 60°로 발광하는 광원부(500)의 광이 수용콘(Cone of acceptance)(430)에서 반사되어 번들 형태의 광섬유(410)에 입사하는 입사각은 20° 이하이지만 바람직하게는 10~15°가 가장 합리적일 수 있다.

도 10의 광섬유 굴곡부에 대한 투시도를 참조하여 광섬유 굴곡부에 대하여 검토한다.

광섬유(410)의 심한 굴곡부에 도달한 광은 외부로 빠져나가 광손실을 초래하므로 표지판의 광섬유가 구부러지면 발생하는 문제가 검토되어야 한다.

도 10은 도 9를 기준으로 해서 계산된 입사각(θ1=15°)과 임계각(θc=80°)을 도시하였으며, 빛이 공기에서 광섬유로 이동할 때 법선 쪽으로 구부러져야 하므로 θ2는 θ1보다 작아야 하며, θ2가 작을수록 θ3는 커진다.

광섬유가 직선일 때 광섬유 내에 머무르는 빛이라도 구부러진 광섬유에서는 벗어날 수 있다.

도 10에 표시된 것처럼 30° 굽힘이 있는 광섬유는 컷오프 각도(15°)보다 크기 때문에 광이 내부에 머무르지 못한다. 코어 상단 가장자리의 입사각 θ3 = 80°이며, 코어 클래딩 인터페이스에 대한 임계 각도 θc = 76.7°보다 실제로 크기 때문에 빛이 내부로 완전히 반사되고, 광섬유가 일직선이면 빛은 80°의 동일한 각도로 하단 가장자리에 닿고 80°에서 상단으로 반사되는 식으로 된다. 그러나 광섬유가 구부러져 있고 아래쪽 가장자리는 위쪽 가장자리에서 30° 떨어져 있으므로 빛은 임계 각도보다 작은 50°로 하단 가장자리에 닿은 빛은 빠져나가게 된다. 그러므로 이러한 광손실을 최소화하기 위한 수단으로 광섬유의 굴곡부가 평면을 기준으로 30°이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 표지판부(300)의 표지문양(301) 부위에는 표지문양(301)의 테두리 내측에 광섬유 홀더(350)를 통하여 광섬유(410)가 결합되는 복수개의 관통홀(341)을 형성하되, 관통홀(341)의 가로방향 피치와 세로방향 피치가 8mm~12mm의 격자구조로 형성되도록 한다.

이러한 구조를 통해 광섬유(31) 말단에서 발광하는 빛은 격자구조로 발광되며, 이는 일정 가시거리 이상에서 면 또는 선으로 현시되는 것이다.

표지문양(301)에 격자구조를 이루며 결합되는 다수개의 광섬유(401)는 그 피치를 8mm 미만으로 형성할 경우, 10m 미만의 가까운 거리에서도 발광되는 광이 면이나 선으로 현시되지만, 통상의 표지를 확인하는 거리가 10m 이상인 점을 감안하면, 동일한 효과를 발생시키는데 광섬유를 과다하게 사용하는 것이어서 비경제적이고, 피치를 12mm를 초과하여 형성할 경우에는 10m 미만의 가시거리에서 발광되는 광이 면 또는 선으로 현시되지 않고 점으로 현시되어 미려한 표시 효과를 거두기 어려운 단점이 있다.

또한 LED광을 전달하는 다수개의 광섬유(401)는 광손실을 최소화하고 광전달을 최대화하며 또한 표지판부(300) 전달되는 광의 균일도를 확보하기 위해 광섬유(401)의 수평 경사각이 30°이하로 되게 하는 것이 바람직하며, 가시거리 10m 이상에서 보이는 광섬유의 발광부가 면이나 선으로 현시되는데 유리한 코어 지름 0.75mm 내지 1.0mm, 클래딩 지름 2.2mm의 싱글 모드 광케이블을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 광섬유 코어 지름이 0.75mm 미만인 것을 사용하면 표지판부(300)의 표지문양(301) 부위에 배열된 격자구조의 광섬유 말단에서 발광되는 광이 10m 정도의 표지 확인거리에서 면이나 선으로 현시되지 않으며, 광섬유 코어지름이 1.0mm를 초과하게 되면 광의 산란이 확대되어 발광도가 저하되기 때문에 광섬유는 코어 지름 0.75mm~1.0mm의 싱글 모드를 사용하는 것이 바람직하다.

도 2에 도시한 바와 같이 광섬유 홀더(350)를 표지판부(300)의 관통홀(341)에 삽입시키는 방안은, 접착제나 패킹 등과 같은 부가적인 재료를 쓰지 않기 위하여, 관통홀(341)의 치수를 광섬유 홀더(350)의 치수와 동일하게 가공하여 상호 접촉면의 공차를 최대한 줄여 상부에서 하부로 압력을 가해도 쉽사리 삽입시키기 어렵게 되어 있으나, 일반적인 플라스틱 재료의 기계적 성질은 온도가 증가할수록 연신율이 증가하고, 탄성계수와 인장강도 및 항복강도는 감소하므로 도 8에 도시한 작업용 정반(10)을 이용하면 관통홀(341)에의 삽입이 용이하게 된다.

예를 들어 광섬유 고정판(340)의 재질이 PMMA인 경우 열변형온도는 70°~110°이므로 이보다 낮은 온도 50°~ 60° 범위로 승온시키기 위한 방안은 작업용 정반(10)의 작동온도 범위도 50°~ 60° 로 유지되게 하므로 정반(11) 위에 있는 광섬유 홀더(350)를 용이하게 삽입시킬 수 있어 별다른 부재없이 손쉽게 작업이 가능하고, 접촉표면이 정밀하게 밀착되어 작업면이 깨끗하고, 이물질이나 오염물질이 침투되지 않아 장기간 사용할 수 있는 특징이 있다.

작업용 정반(10)의 정반(11)의 재질은 플라스틱 종류 중의 하나에서 선택할 수 있으나, 바람직하기로는 알루미늄 판재가 열전달율이 좋아 정반(11) 전체에 균일한 온도분포가 될 수 있어 바람직하며, 두께는 3mm~5mm 범위에서 수평이 잘 유지되도록 한다. 50°~ 60° 범위의 가열원은 AC 200~220V 판상형 전기히터(12)이고, 적정온도 유지는 온도조절기(14)에 의해 조절되도록 하므로 작업용 정반(10) 표면의 온도를 일정하게 유지하므로 작업과정에서 발생할 수 있는 온도 편차에 의한 변형을 줄일 수 있다.

한편 전기히터(12)는 작업용 정반(10) 후면에 고르게 분포되어 장착되게 하고, 온도조절기(14)의 센서(14a)는 정반(11)의 후면 중앙부의 온도를 감지할 수 있도록 가장자리에서부터 중앙부까지 연장되면서 설치되어 있는 온도조절기 삽입공(11a)에 장착한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 프레임
200 : 후면판
300 : 표지판부
310 : 보호용 전면판
320 : 재귀반사시트
330 : 반사시트
340 : 광섬유 고정판 341 : 관통홀
350 : 광섬유 홀더
351 : 튜브형 반사거울부 351a : 반사용 도금층
352 : 튜브형 홀더부 353 : 진입 방지턱
360 : 탄성튜브
410 : 광섬유 411 : 코어
412 : 클래딩
420 : 광섬유 번들 홀더 430 : 수용콘
440 : 광섬유 분산판 441 : 광섬유 분산 안내홀
500 : 광원부
510 : LED광원 520 : 집광렌즈

Claims

복수의 관통홀이 형성된 광섬유 고정판을 포함하는 표지판부 ;
전방부에 배치되는 튜브 형태로서 상기 관통홀에 삽입되며 내주면에 중공이 형성된 튜브 형태의 반사용 도금층이 형성된 튜브형 반사거울부와, 후방부에 배치되는 튜브 형태의 튜브형 홀더부를 포함하는 복수의 광섬유 홀더 ;
전방단부가 상기 튜브형 홀더부에 각각 삽입 고정되는 복수의 광섬유 ;
결속된 상기 복수의 광섬유의 후방단부로 LED광을 공급하는 광원부 ;
를 포함하며,
상기 튜브형 홀더부에 삽입된 광섬유의 전방단부로부터 출사되는 빛은 상기 튜브형 반사거울부의 반사용 도금층에 반사되면서 상기 반사용 도금층의 중공을 통과하여 확산발광이 억제되면서 상기 튜브형 반사거울부를 통과하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 발광형 표지판.
제 1 항에 있어서,
상기 광섬유 홀더는, 상기 튜브형 반사거울부와 상기 튜브형 홀더부 사이의 내주면에 방사상 내측으로 돌출 형성된 진입 방지턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 발광형 표지판.
제 1 항에 있어서,
상기 튜브형 반사거울부는, 일자형 튜브 형태이거나, 전방을 향하면서 경사지게 확관되는 튜브 형태인 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 발광형 표지판.
제 1 항에 있어서,
전방단부가 상기 튜브형 홀더부의 외측을 감싸며 후방단부가 상기 광섬유의 일부를 감싸도록 배치되는 탄성튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 발광형 표지판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서 :
상기 표지판부는, 상기 광섬유 고정판의 전방면에 부착된 반사시트와, 상기 반사시트의 전방면에 부착된 재귀반사시트와, 상기 재귀반사시트의 전방에 장착되는 보호용 전면판을 더 포함하며 ; 일면에 서로 다른 방향으로 연장되는 복수의 반원형 광섬유 분산 안내홈이 형성된 한 쌍의 결합판이 서로 마주보면서 결합되어 내부에 서로 다른 방향으로 연장되는 복수의 광섬유 분산 안내홀이 형성된 광섬유 분산판이 마련되며 ; 상기 복수의 광섬유는 상기 복수의 광섬유 분산 안내홀에 분산 배치되는 것 ; 을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 발광형 표지판.