KR20000030723A - 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체 및 이를 포함하는발광다이오드 교통신호등 - Google Patents

발광다이오드 교통신호등용 렌즈체 및 이를 포함하는발광다이오드 교통신호등 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 교통신호등에서 발광다이오드로부터 방출되는 방사광의 방사각을 조절하여 효과적으로 집광 및 조광하기 위한 교통신호등용 렌즈체 및 이를 포함하는 발광다이오드 교통신호등에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체는, 다수의 발광다이오드(31)로 이루어지는 발광다이오드 배열에서의 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광을 그 광축을 기준하여 하향굴절시키기 위한 굴절부(41)를 각 발광다이오드(31)에 대응되도록 하여 투명한 기판에 형성시켜서 이루어지며, 상기 굴절부(41)는 투명한 기판에 렌즈, 렌즈의 조합, 프리즘, 프리즘의 조합 또는 렌즈와 프리즘의 조합으로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 발광다이오드 교통신호등의 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광이 상기 렌즈체에 의하여 하방으로 굴절되어 하향조사되므로 낮은 위치의 교통자들에게 그 신호가 쉽게 인지되도록 하는 효과를 제공한다.

Description

발광다이오드 교통신호등용 렌즈체 및 이를 포함하는 발광다이오드 교통신호등 {Lens body for light-emitting diode traffic light and the light-emitting diode traffic light comprising the lens body}
본 발명은 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체 및 이를 포함하는 발광다이오드 교통신호등에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 발광다이오드 교통신호등에서 발광다이오드로부터 방출되는 방사광의 방사각을 조절하여 효과적으로 집광 및 조광하기 위한 교통신호등용 렌즈체 및 이를 포함하는 발광다이오드 교통신호등에 관한 것이다.
종래의 교통신호등은 다수의 백열전구에 적색, 황색 및 녹색 등으로 착색된 렌즈를 설치하여 이루어지며, 이들 다수의 백열전구를 순차적으로 점등 및 소등시키는 것에 의하여 구분된 교통제어신호를 광으로 방출함으로써 보행자 및 운전자들이 이 교통신호등의 광에 따라 정지 및 진행하도록 한다. 이러한 종래의 교통신호등은 백열전구를 사용하기 때문에 많은 전기에너지를 소모하며, 또한 다량의 열을 방출하는 속성으로 인하여 백열전구 자체의 수명이 짧기 때문에 유지, 보수에 많은 노력과 시간 및 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위하여 최근 발광다이오드를 사용하는 교통신호등이 속속 개발되기에 이르렀다. 발광다이오드(LED ; Light Emitting Diode)는 통전에 의하여 발광하는 반도체의 일종으로 소비전력이 적고, 내구성이 우수하여 장기간 사용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 발광다이오드 각각의 크기는 일반적으로 작지만, 다수개의 발광다이오드들을 포함하는 발광다이오드배열(LED array)의 사용으로 충분한 광도를 낼 수 있음은 물론 이들 발광다이오드배열 중 임의의 발광다이오드들의 선택적인 점멸에 의하여 화살표 등의 특정의 기호의 표시도 가능하기 때문에 방향지시 등도 가능하다는 장점을 가지고 있다.
이러한 종래의 발광다이오드 교통신호등으로는 적색, 황색, 녹색 발광다이오드 교통신호등 및 보행자용 발광다이오드 교통신호등, 방향지시용 발광다이오드 교통신호등의 형태로 개발되고 있으며, 기본적인 구성으로 적색, 황색 및 녹색으로 구분된 발광다이오드배열 위에 렌즈를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 종래의 렌즈는 기존의 백열전구를 사용하는 전구형 교통신호등(현재 국내의 대부분의 교통신호등으로 설치되어 사용되고 있는 신호등)에서 사용되었던 렌즈들과 거의 동일한 형태를 갖고 있다. 이 종래의 렌즈는 발광다이오드에서 방사되는 광을 고르게 사방으로 분산시키기 위한 산란판 기능을 하는 것이 대부분이었으며, 이러한 구조의 렌즈로는 백열전구와 발광다이오드라는 점에서 광원의 구조적 형태가 서로 다르고, 광원으로부터 나오는 광의 발산각도 또한 서로 다르므로, 발광다이오드 교통신호등에 사용되는 렌즈는 기존의 렌즈와는 달리 발광다이오드로부터 나오는 광의 집광 및 조광을 달리하여야 할 필요가 있다.
특히, 발광다이오드 교통신호등에서 광원으로 사용되는 발광다이오드는 개개 발광다이오드에서 방출되는 광이 광량, 광도, 조도 및 방사각 등의 면에서 백열전구와 달리 제한되어 있기 때문에 이를 운전자 등이 정확하게 인지할 수 있도록 하여야 한다.
일반적으로 교통신호등은 차량 및 보행자가 이동하는 도로면에 대해 약간 위에 설치되므로, 신호등에서 방출되는 방사광이 챠량 및 보행자의 방향으로 약간 하향 굴절되어 조명될 필요성이 있다.
발광다이오드 교통신호등은, 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이, 일반적으로 본체를 구성하는 내부기판(10)과, 이 내부기판(10)에 고정되며, 다수의 발광다이오드(31)들의 조합으로 이루어지는 발광다이오드배열판(30), 상기 발광다이오드배열판(30)의 발광다이오드(31)를 구동시키는 구동부(20) 및 상기 발광다이오드 배열을 보호하는 외부기판(40)을 포함하여 이루어진다.
우리나라의 교통안전관리공단에서 1999년 8월자로 제정한 차량용 발광다이오드 교통신호등 규격서(안)에 따르면, 적색, 황색, 녹색 발광다이오드 교통신호등으로부터 방출되는 광도를 규정하는데 있어서 그 광도는 전방 10m 거리에서 하향수직각의 2.5 내지 17.5°의 범위에서 339 내지 22cd(칸델라)의 최소광도를 유지하여야 하며, 좌우수평각의 2.5 내지 17.5°의 범위에서 339 내지 77cd의 최소광도를 유지하여야 함을 규정하고 있다. 이는 운전자나 통행자가 노면에서 인식할 수 있는 최소광도를 유지토록 하는 규정인 바, 이 하향수직각에서의 최소광도를 유지하기 위하여는 발광다이오드(31)로부터 방출되는 광의 하향조사를 위한 하향굴절이 필요하다는 것으로 고려될 수 있다.
따라서, 단순히 산란에 의한 난반사를 가능하게 하는 기존의 백열전구 교통신호등용 렌즈와는 다른 렌즈가 요구될 수 밖에 없다.
한편, 발광다이오드(31)를 광원으로 사용하는 종래의 교통신호등의 예로서는 대한민국 등록실용신안 제 90616 호를 들 수 있으며, 여기에서는 발광다이오드(31) 보호용커버에 상기 해당 발광다이오드(31) 위치마다 볼록렌즈부를 형성하여서 이 볼록렌즈에 의하여 발광다이오드(31)로부터 방출되는 광의 초점(f)거리를 짧게 하는 구성의 신호등을 기술하고 있으며, 이에 의하여 발광다이오드(31)로부터 방출되는 광이 집속되도록 하여 가시거리를 증대시키도록 하는 효과를 제공하고 있다. 그러나, 이러한 교통신호등은 교통신호등에 비하여 낮은 노면에서 통행하는 운전자나 보행자들을 기준으로 상기 광을 하향조사하는 기능을 제공하지는 못한다는 단점이 있으며, 또한 상기한 바의 차량용 발광다이오드 교통신호등 규격서(안)에 따른 하향수직각의 2.5 내지 17.5°의 범위에서의 최소광도유지에는 적절치 못하다는 단점이 있었다.
대한민국 실용신안등록출원 제 92-6313 호에는 다수의 다이오드발광구를 부착한 기판과 그 위에 유색렌즈를 개재시키는 구성의 신호등에 대하여 기술하고 있으나, 역시 상기한 바의 차량용 발광다이오드 교통신호등 규격서(안)에 따른 하향수직각의 2.5 내지 17.5°의 범위에서의 최소광도유지에는 적절치 못하다는 단점이 있었다.
또한, 대한민국 등록실용신안 제 134465 호, 대한민국 특허공고공보 제 90-744 호, 대한민국 공개실용신안공보 제 85-2861 호, 동 제 86-15264 호, 동 제 87-7238 호, 동 제 87-8856 호, 동 제 90-3516 호, 일본 공개실용신안 소61-176697 호, 동 평5-273925 호, 대한민국 특허출원 제 97-9980 호 및 대한민국 실용신안등록출원 제 93-23470 호 등에도 발광다이오드(31)를 광원으로 하는 다양한 교통신호등에 대하여 기술하고 있으나, 이들 역시 상기한 바와 같이 광을 하향조사하는 기능을 제공하지는 못한다는 문제점이 있어, 차량용 발광다이오드 교통신호등 규격서(안)에 따른 하향수직각의 2.5 내지 17.5°의 범위에서의 최소광도유지에는 적절치 못하다는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 광원으로서 사용되는 발광다이오드로부터 방사되는 광이 하향조사되도록 하는 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광원으로서 사용되는 발광다이오드로부터 방사되는 광이 하향수직각의 범위에 대한 최소유지광도 분포와 좌우수평각의 범위에 대한 최소유지광도 분포를 1 : 2 또는 그 이상의 비율로 광도가 분포되도록 하여 좌우수평각에 대한 광도분포 범위가 하향수직각에 대한 광도분포 범위 보다 2배 이상 넓게 분포되도록 하는 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광원으로서 사용되는 발광다이오드로부터 방사되는 광이 하향조사되도록 하는 렌즈체를 포함하는 광원으로서 사용되는 발광다이오드로부터 방사되는 광이 하향조사되도록 하는 발광다이오드 교통신호등을 제공하는 데 있다.
도 1은 발광다이오드 교통신호등을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체적인 실시예에 따른 렌즈체를 포함하는 발광다이오드 교통신호등을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 구체적인 실시예에 따른 렌즈체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 구체적인 실시예에 따른 렌즈체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 구체적인 실시예에 따른 렌즈체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 하나의 구체적인 실시예에 따른 렌즈체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 구체적인 실시예에 따른 렌즈체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 내부기판 20 : 구동부
30 : 발광다이오드배열판 31 : 발광다이오드
40 : 외부기판 41 : 굴절부
50 : 내부렌즈 52 : 제1내부렌즈
53 : 제2내부렌즈 54 : 제3내부렌즈
55 : 제1내부프리즘 56 : 제2내부프리즘
57 : 제3내부프리즘 60 : 외부렌즈
62 : 제1외부렌즈 64 : 제1외부프리즘
65 : 제2외부프리즘 a : 하향방사각
b : 최대내부방사각 c : 최대외부방사각
f : 초점 n1 : 내부방사광
n2 : 외부방사광 n3 : 최대내부상향광선
n4 : 최대내부하향광선 n5 : 최대외부상향광선
n6 : 최대외부하향광선
m1 : 발광다이오드와 렌즈체 중심 간의 내부거리
m2 : 렌즈체 중심과 초점 간의 외부거리
본 발명에 따른 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체는, 다수의 발광다이오드로 이루어지는 발광다이오드 배열에서의 발광다이오드로부터 방사되는 광을 그 광축을 기준하여 하향굴절시키기 위한 굴절부를 각 발광다이오드에 대응되도록 하여 투명한 기판에 형성시켜서 이루어진다.
상기 굴절부는 투명한 기판에 렌즈, 렌즈의 조합, 프리즘, 프리즘의 조합 또는 렌즈와 프리즘의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 굴절부를 이루는 렌즈는 수평단면이 일정두께를 가지고, 수직단면이 볼록면을 형성하도록 굴곡되게 형성되되, 볼록면의 중심이 렌즈의 중심보다 하향되게 형성될 수 있다.
상기 렌즈는 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 굴절부를 이루는 프리즘은 수직단면이 하방으로 향하여 점진적으로 두꺼워지도록 형성될 수 있다.
상기 프리즘은 두 개 이상의 프리즘의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 굴절부가 형성되는 투명한 기판이 교통신호등의 외부기판이 될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체를 포함하는 발광다이오드 교통신호등은, 다수의 발광다이오드로 이루어지는 발광다이오드 배열, 상기 발광다이오드 배열을 고정시키는 내부기판, 상기 발광다이오드 배열을 구성하는 발광다이오드들을 구동시키기 위한 구동부를 포함하는 교통신호등에 있어서, 다수의 발광다이오드로 이루어지는 발광다이오드 배열에서의 발광다이오드로부터 방사되는 광을 그 광축을 기준하여 하향굴절시키기 위한 굴절부를 각 발광다이오드에 대응되도록 하여 투명한 기판에 형성시켜서 이루어지는 렌즈체를 더 포함시켜 이루어진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체는, 광원으로 사용되는 발광다이오드(31)의 광특성을 적절히 조절하여 그 광을 하향조사시키는 굴절부(41)를 투명한 기판에 형성시켜서 이루어짐을 특징으로 한다.
투명한 기판에 형성된 상기 굴절부(41)는 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광을 집중시키면서 하향굴절시켜 교통신호등 보다 낮은 위치에서도 용이하게 그리고 분명하게 교통신호등의 광신호를 인식할 수 있도록 하는 역할을 한다.
도 2 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 굴절부(41)는 투명한 기판에 렌즈, 렌즈의 조합, 프리즘, 프리즘의 조합 또는 렌즈와 프리즘의 조합으로 이루어질 수 있다. 렌즈라 함은 통상 투명한 재질을 중앙부가 볼록하게 또는 오목하게 하여 전체적으로 서로 다른 두께를 갖도록 함으로써 서로 다른 두께에 의하여 이를 투과하는 광을 서로 달리 굴절시켜 광을 집중 또는 분산시키는 역할을 한다. 볼록한 중앙부를 갖는 것을 볼록렌즈라 하고, 오목한 중앙부를 갖는 것을 오목렌즈라 하며, 당업자는 물론 일반인들에게도 널리 이해될 수 있음은 물론 상용화된 렌즈를 구입하여 사용할 수 있음은 자명한 것으로 이해될 수 있다. 본 발명에서는 이러한 렌즈들이 다수 형성된 렌즈체를 발광다이오드 교통신호등에 적용시킴으로써 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광을 하향굴절시키는 점에 특징이 있다고 할 수 있다.
도2를 기준으로 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광의 광로 상에 굴절부(41)가 형성되어 있으며, 도 2의 경우에서는 상기 굴절부(41)는 내부렌즈(50)와 외부렌즈(60)로 이루어진다. 이 굴절부(41)에 의하여 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 내부방사광(n1)이 이 굴절부(41)를 투과하면서 상기 내부렌즈(50)와 외부렌즈(60)를 거치면서 외부방사광(n2)으로 방사되게 된다. 따라서, 상기 내부방사광(n1)과 외부방사광(n2) 간에는 하향방사각(a) 만큼 하향굴절되게 된다. 이에 따라, 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광은 좌우수평방사각은 그대로 유지한 채, 수직하향방사각(a) 만이 절반으로 굴곡되도록 한다.
또한, 도 3 내지 도 7에 도시한 도면들에서는 상기 굴절부(41)를 변형시켜 다양한 형태의 굴절부(41)의 구체적인 실시예를 설명하기 위한 도면들로서, 상기 외부방사광(n2)의 하향수직 및 좌우수평 방사각도비가 1 : 2 또는 그 이상이 되도록 하는 굴절부(41)를 달성하도록 한다. 이 굴절부(41)는 도 3에서와 같이 제1내부렌즈(52)와 제1외부렌즈(62)를 포함하는 렌즈들로 구성될 수 있고, 도 4에서와 같이 제2내부렌즈(53)만을 포함하는 렌즈로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 굴절부(41)는 도 5에서와 같이 제3내부렌즈(54)와 제1외부프리즘(64)을 포함하는 렌즈와 프리즘의 조합으로 이루어질 수 있고, 도 6에서와 같이 제1내부프리즘(55)과 제2외부프리즘(65)을 포함하는 프리즘의 조합으로 이루어질 수도 있으며, 도 7에서와 같이 제2내부프리즘(56)과 제2내부프리즘(56)을 포함하는 복합프리즘으로 이루어질 수도 있다.
도 3에서와 같이 외부렌즈(60)가 포함되는 굴절부(41)를 갖는 경우, 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광은 외부방사광(n2)이 외부렌즈(60)에 의하여 다시 수렴되어 초점(f)을 형성하게 될 수 있으며, 도 4 내지 도 7에서와 같이 외부렌즈(60)가 포함되지 않는 굴절부(41)를 갖는 경우, 외부방사광(n2)은 수렴되지 않은 채, 하향방사될 수 있다.
도 3에서의 경우, 상기 제1내부렌즈(52)와 제1외부렌즈(62)가 모두 원통형 렌즈형태를 갖고 있으며, 어느 한 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광은 내부방사광(n1)은 최대내부상향광선(n3)과 최대내부하향광선(n4)이 이루는 각도, 즉 최대내부방사각(b)을 갖는다. 상기 제1내부렌즈(52)와 상기 제1외부렌즈(62)는 중앙이 볼록한 보통의 렌즈형태를 갖는 원통형 렌즈구조를 가지게 되나, 수직방향으로는 중앙이 볼록한 보통의 렌즈형태를 가지게 되며, 수평방향(즉, 지면에 수직한 방향)으로는 일정한 두께를 가지게 된다. 즉, 원통형 렌즈란 실린더와 같은 원통을 길이방향으로 절단하였을 때 얻어지는 형상을 갖는 렌즈를 말한다. 상기 제1내부렌즈(52)는 상기 내부방사광(n1)이 수직방향으로는 상기 제1내부렌즈(52)와 제1외부렌즈(62) 사이의 투명한 기판 내에서 평행하게 진행하도록 하는 역할을 하며, 수평방향으로는 상기 발광다이오드(31)가 갖는 상기 최대내부방사각(b)을 그대로 유지한 채 상기 투명한 기판을 진행하도록 하는 역할을 한다.
먼저, 수직방향으로 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 방사광들의 궤적을 설명하면 다음과 같다. 상기 제1외부렌즈(62)는 상기 기판을 통하여 진행하는 평행광을 다시 하나의 초점(f)으로 집속시키는 역할과, 상기 초점(f)에 집속된 광의 위치가 상기 발광다이오드(31)의 광축에 대해 약간 하향되도록 하는 기능을 갖고 있다. 상기 초점(f)의 위치가 약간 하향되는 원리는 상기 제1외부렌즈(62)의 광축이 상기 제1내부렌즈(52) 및 상기 발광다이오드(31)의 광축에 비해 약간 아래에 위치하기 때문이다. 도 2에는 이러한 서로 다른 두 광축 간의 차이를 선으로 표시하였다. 따라서, 상기 외부방사광(n2) 중에서 상기 최대내부상향광선(n3)에 대한 최대외부상향광선(n5)과 상기 최대내부하향광선(n4)에 대한 최대외부하향광선(n6)은 상기 초점(f)에서 만나게 된다. 상기 발광다이오드와 상기 굴절부(41)의 중심 간의 거리를 내부거리(m1)라 하고, 상기 굴절부(41)의 중심과 상기 초점(f) 간의 거리를 외부거리(m2)라고 하면, 상기 외부거리(m2)는 상기 내부거리(m1)의 약 2배 가량 길게 되도록 하여, 상기 외부상향광선과 상기 외부하향광선이 이루는 최대외부방사각(c)은 상기 상기 최대내부방사각(b)의 약 절반이 되도록 한다.
반면에, 수평방향으로 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 방사광들의 궤적을 설명하면 다음과 같다. 상기 제1내부렌즈(52) 및 상기 제1외부렌즈(62)는 수직방향으로만 볼록한 모양을 가지고 있으며, 수평방향으로는 일정한 두께를 가지고 있으므로, 수평방향으로는 상기 발광다이오드(31)로부터 상기 최대내부방사각(b)을 그대로 유지한 채, 상기 초점(f)을 지나 관측자를 향해 퍼지게 된다. 따라서 수직방향으로의 최대외부방사각(c)에 비해, 수평방향으로는 두 배 가량 넓은 최대외부방사각(c)을 가지게 된다.
결과적으로, 도 3에서는 서로 다른 기능을 갖는 상기 두 가지의 원통형 렌즈, 즉 제1내부렌즈(52)와 제1외부렌즈(62)를 포함하는 굴절부(41)를 사용하여 상기 최대내부방사각(b)을 가지고 발산하는 상기 발광다이오드(31)의 광신호를 수평방향으로는 그대로 유지한 채, 수직방향으로는 절반 만큼인 상기 최대외부방사각(c)으로 줄여주고 상기 하향방사각(a) 만큼 약간 하향굴절시켜 도로교통안전관리공단에서 제정하고 있는 발광다이오드 교통신호등의 규격안 등에 적절하도록 수평 및 수직 최소유지광도분포를 만족시킬 수 있게 된다.
도 4에서는 상기 도 2의 굴절부(41)와는 달리 외부렌즈(60)는 생략되고, 내부렌즈(50)만을 제2내부렌즈(53)로 형성시켜 이루어진다. 따라서, 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광은 그 최대내부방사각(b)을 그대로 유지한 채, 상기 제2내부렌즈(53)를 포함하는 굴절부(41)를 투과한 후, 수평방향으로는 상기 최대내부방사각(b)을 그대로 유지한 채, 수직방향으로만 상기 최대외부방사각(c)이 상기 최대내부방사각(b)에 비해 절반으로 줄어들도록 한다. 상기 제2내부렌즈(53)의 광축은 상기 발광다이오드(31)의 광축에 대해 약간 아래에 위치하도록 하여, 상기 하향방사각(a)을 유지하도록 할 수 있다.
결론적으로, 도 4에 도시된 실시예에서는 하나의 내부렌즈(50)만을 포함하는 굴절부(41)를 사용하여 상기 도 3에서 설명한 실시예와 동일한 발광다이오드 교통신호등용 렌즈기능을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 상기 최대내부방사각(b)을 가지고 방사되는 상기 발광다이오드(31)의 광신호를 수평방향으로는 그대로 유지한 채, 수직방항으로는 절반 만큼인 상기 최대외부방사각(c)으로 줄여주고, 상기 하향방사각(a) 만큼 약간 하향조사되도록 한다.
도 5에서는 상기 도 2의 굴절부(41)와는 달리 제3내부렌즈(54)와 제1외부프리즘(64)을 형성시켜 이루어진다. 상기 제3내부렌즈(54)는 상기 제1내부렌즈(52)와 마찬가지의 역할을 하며, 상기 제1외부프리즘(64)은 수직방향으로는 아래로 내려가면서 점점 두께가 두꺼워지는 구조를 가지며, 수평방향으로는 일정한 두께를 가진다. 따라서, 상기 제1외부프리즘(64)은 상기 외부방사광(n2)을 하향방사각(a) 만큼 굴절시켜 하향조사시키게 된다.
따라서, 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광은 그 최대내부방사각(b)을 그대로 유지한 채, 상기 제3내부렌즈(54)를 포함하는 굴절부(41)를 투과한 후, 수평방향으로는 상기 최대내부방사각(b)을 그대로 유지한 채, 수직방향으로만 상기 최대외부방사각(c)이 상기 최대내부방사각(b)에 비해 절반으로 줄어들도록 한다. 상기 제3내부렌즈(54)의 광축은 상기 발광다이오드(31)의 광축과 동일선상에 위치하도록 하여, 상기 제1외부프리즘(64)에 의하여 하향방사각(a)을 유지하도록 할 수 있다.
결론적으로, 도 5에 도시된 실시예에서는 하나의 내부렌즈(50)와 하나의 외부프리즘을 포함하는 굴절부(41)를 사용하여 상기 도 3에서 설명한 실시예와 동일한 발광다이오드 교통신호등용 렌즈기능을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 상기 최대내부방사각(b)을 가지고 방사되는 상기 발광다이오드(31)의 광신호를 수평방향으로는 그대로 유지한 채, 수직방항으로는 절반 만큼인 상기 최대외부방사각(c)으로 줄여주고, 상기 하향방사각(a) 만큼 약간 하향조사되도록 한다.
도 6에서는 굴절부(41)를 제1내부프리즘(55)과 제2외부프리즘(65)들로 형성된다. 상기 제1내부프리즘(55)은 수직방향으로는 가운데가 가장 두껍고 상하로 갈수록 점점 얇아지며, 수평방향으로는 일정한 두께를 유지하고 있는 구조를 갖는 프리즘이다. 상기 제1내부프리즘(55)의 중심축은 상기 발광다이오드(31)의 광축과 일치한다. 상기 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광의 상기 최대내부방사각(b)은 상기 제1내부프리즘(55)을 거친 후에 상기 기판을 통과하여 수직방향으로는 상기 최대내부방사각(b)의 절반인 상기 최대외부방사각(c)이 되도록 하여 상기 제1내부프리즘(55)의 수직방향으로의 중심축에서의 두께가 설계되어 있다. 그리고, 상기 제2외부프리즘(65)은 상기 도 5의 제1외부프리즘(64)과 동일 또는 유사한 프리즘으로서 수직방향으로는 아래로 내려가면서 점점 두께가 두꺼워지는 구조를 가지며, 수평방향으로는 일정한 두께를 가진다. 따라서, 상기 제2외부프리즘(65)은 상기 외부방사광(n2)을 하향방사각(a) 만큼 하향굴곡시켜 하향조사되도록 할 수 있다.
결론적으로, 도 6에 도시된 실시예에서는 하나의 내부프리즘과 하나의 외부프리즘을 포함하는 굴절부(41)를 사용하여 상기 도 3에서 설명한 실시예와 동일한 발광다이오드 교통신호등용 렌즈기능을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 상기 최대내부방사각(b)을 가지고 방사되는 상기 발광다이오드(31)의 광신호를 수평방향으로는 그대로 유지한 채, 수직방항으로는 절반 만큼인 상기 최대외부방사각(c)으로 줄여주고, 상기 하향방사각(a) 만큼 약간 하향조사되도록 한다.
도 7에는 상기 도 6에서의 제1내부프리즘(55)을 제2내부프리즘(56)과 제3내부프리즘(57)으로 된 복합프리즘으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 것으로서, 그 기능 역시 동일한 것으로 이해될 수 있다. 단, 도 7에서의 복합프리즘의 사용으로 이를 통과하는 광의 굴절시의 색수차를 줄일 수 있도록 할 수 있음은 당업자에게는 용이하게 이해될 수 있는 것이다.
특히, 상기 렌즈체로 형성되는 상기 렌즈는 수평단면이 일정두께를 가지고, 수직단면이 볼록면을 형성하도록 굴곡되게 형성되되, 볼록면의 중심이 렌즈의 중심보다 하향되게 형성될 수 있다. 이는 다수의 렌즈들이 서로에 대하여 인접하게 형성되어야 하기 때문에 설계를 단순하게 하고, 제조를 용이하게 하기 위한 것으로 이해될 수 있다. 특히, 각 렌즈를 원형으로 하는 경우에는 발광다이오드(31)의 광축과 렌즈의 광축을 일치시켜야 하는 등의 문제가 있을 수 있으나, 상기와 같은 렌즈의 성형으로 설계를 상당히 단순화시킬 수 있다.
상기 렌즈는 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어질 수 있다. 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합은 광의 굴절에서 색수차 등을 감소시키는 데 유용할 수 있다.
상기 굴절부(41)를 이루는 프리즘은 수직단면이 하방으로 향하여 점진적으로 두꺼워지도록 형성될 수 있다. 광의 하향조사를 위하여는 수직단면이 하방으로 향하여 점진적으로 두꺼워지도록 형성되어야 함은 당연히 이해될 수 있는 바이다.
상기 프리즘 역시 두 개 이상의 프리즘의 조합으로 이루어질 수 있으며, 이러한 프리즘의 조합에 의하여 광의 굴절시의 색수차를 줄일 수 있다.
상기 굴절부(41)는 기존의 교통신호등을 구성하는 외부기판(40)에 직접 형성될 수 있다. 이렇게 하여 별도의 판을 추가하여 사용할 필요가 없게 되며, 또한 조립의 단순화 및 광량의 감소를 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체를 포함하는 발광다이오드 교통신호등은, 다수의 발광다이오드(31)로 이루어지는 발광다이오드 배열, 상기 발광다이오드 배열을 고정시키는 내부기판(10), 상기 발광다이오드 배열을 구성하는 발광다이오드(31)들을 구동시키기 위한 구동부(20)를 포함하는 교통신호등에 있어서, 다수의 발광다이오드(31)로 이루어지는 발광다이오드 배열에서의 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광을 그 광축을 기준하여 하향굴절시키기 위한 굴절부(41)를 각 발광다이오드(31)에 대응되도록 하여 투명한 기판에 형성시켜서 이루어지는 렌즈체를 더 포함시켜 이루어짐을 특징으로 한다. 이러한 렌즈체의 포함으로 발광다이오드(31)로부터 방사되는 광이 상기 렌즈체에 의하여 하방으로 굴절되어 하향조사되므로 낮은 위치의 교통자들에게 그 신호가 쉽게 인지되도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 발광다이오드 교통신호등에 렌즈체를 취부시키는 것에 의하여 간단하게 발광다이오드 교통신호등의 광에 의한 신호를 교통자들에게 쉽게 인지시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면 발광다이오드 교통신호등의 발광다이오드로부터 방사되는 광이 상기 렌즈체에 의하여 하방으로 굴절되어 하향조사되므로 낮은 위치의 교통자들에게 그 신호가 쉽게 인지되도록 하는 효과를 제공한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (16)

  1. 다수의 발광다이오드로 이루어지는 발광다이오드 배열에서의 발광다이오드로부터 방사되는 광을 그 광축을 기준하여 하향굴절시키기 위한 굴절부를 각 발광다이오드에 대응되도록 하여 투명한 기판에 형성시켜서 이루어짐을 특징으로 하는 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절부가 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판의 내측면에 내부렌즈만을 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 굴절부가 상기 기판의 외측면에 외부렌즈만을 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 굴절부가 상기 기판의 양면에 내부렌즈 및 외부렌즈를 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴절부를 이루는 렌즈가 수평단면이 일정두께를 가지고, 수직단면이 볼록면을 형성하도록 굴곡되게 형성되되, 볼록면의 중심이 렌즈의 중심보다 하향되게 형성시켜서 이루어짐을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  7. 제 2 항 내지 제 5 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴절부를 이루는 렌즈가 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절부가 프리즘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 굴절부가 상기 기판의 내측면에 내부프리즘만을 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 렌즈체가 상기 기판의 외측면에 외부프리즘만을 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 렌즈체가 상기 기판의 양면에 내부프리즘과 외부프리즘을 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴절부를 이루는 프리즘이 그 수직단면이 하방으로 향하여 점진적으로 두꺼워지도록 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  13. 제 8 항 내지 제 11 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴절부를 이루는 프리즘이 두 개 이상의 프리즘의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절부가 투명한 기판의 어느 한 면에 렌즈를 형성시키고, 다른 한 면에 프리즘을 형성시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절부가 형성되는 투명한 기판이 교통신호등의 외부기판(40)임을 특징으로 하는 상기 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체.
  16. 다수의 발광다이오드로 이루어지는 발광다이오드 배열, 상기 발광다이오드 배열을 고정시키는 내부기판, 상기 발광다이오드 배열을 구성하는 발광다이오드들을 구동시키기 위한 구동부를 포함하는 교통신호등에 있어서,
    다수의 발광다이오드로 이루어지는 발광다이오드 배열에서의 발광다이오드로부터 방사되는 광을 그 광축을 기준하여 하향굴절시키기 위한 굴절부를 각 발광다이오드에 대응되도록 하여 투명한 기판에 형성시켜서 이루어지는 렌즈체를 더 포함시켜 이루어짐을 특징으로 하는 발광다이오드 교통신호등용 렌즈체를 포함하는 발광다이오드 교통신호등.
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