KR200187325Y1 - 발광 다이오드를 이용한 신호등 - Google Patents

Abstract

본 고안은 발광 다이오드를 광원으로 이용한 신호등에 관한 것으로서 종래의 신호등은 백열등이나 할로겐 램프등을 광원으로 사용하므로 기구가 복잡하고 설치비용 및 소비전력이 많이 소모되며, 수명이 짧아 자주 교체 해주어야 하고, 태양빛이 반사되어 점등된 것으로 착각을 일으키게 만드는 썬 팬텀광 현상으로 인해 운전자가 신호를 오판하도록 하는 문제점 등이 있었다.

이에 본 발명은 다수개의 발광 다이오드를 포함하는 인쇄기판으로 이루어진 발광 다이오드 보드(LED board)와, 상기 발광 다이오드 각각의 앞에 설치되어 발광 다이오드의 빛을 모아 평행으로 나아가게 하는 콜렉터 렌즈 및 내측으로 다수의 렌즈가 장방형 패턴을 이루는 프론트 렌즈를 포함하여 신호등을 구성하므로써 소비 전력 및 유지 비용을 감소시킬 수 있게 되며, 발광 다이오드 보드의 검은 표면과 콜렉터 렌즈 및 프론트 렌즈의 구조내에서 썬 팬텀광이 거의 완벽히 흡수 하므로써 썬 팬텀광 현상으로 인해 운전자가 신호를 오판하는 일 없이 용이하게 신호를 인식할 수 있도록 하는 유용한 고안이다.

Description

발광 다이오드를 이용한 신호등{Signal head by using LEDs}

본 고안은 광원으로 발광 다이오드를 이용한 신호등에 관한 것으로써, 더욱 상세히는 다수개의 발광 다이오드를 포함하는 인쇄기판으로 이루어진 발광 다이오드 보드(LED board)와, 상기 발광 다이오드 각각의 앞에 설치되어 발광 다이오드의 빛을 모아 평행으로 나아가게 하는 콜렉터 렌즈 및 내측으로 다수의 렌즈가 장방형 패턴을 이루는 프론트 렌즈로 구성되어 기존의 신호등에 비해 유지비용이 저렴하며 썬 팬텀광 형상을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 한 발광 다이오드를 이용한 신호등을 제공하기 위한 것이다.

종래의 신호등은 광원으로 백열 전구나 할로겐 램프를 사용하여 신호등 케이스 내부에 백열 전구나 할로겐 램프를 설치하고 케이스 전면에 적/녹/황색 커버 또는 화살표시가 부착된 커버를 고정하여 시그널 신호에 따라 광원을 점등하므로써 신호등이 동작하도록 하였다.

이러한 백열전구나 할로겐 램프는 전력 소비가 많고, 설치 비용이 많이 들며 수명이 짧고, 전기적 기능이 명확하게 결정되어 있으므로 필라멘트가 타버리면 광원이 나가게 되므로 자주 교체해 주어야 하는 문제점이 있었다.

그리고, 신호등은 직접적으로 백열 전구나 할로겐 램프로 이루어진 광원의 반사판 부분에 부딪치는 태양광의 영향을 받게 되는데, 커버에 의해 반사된 이 빛은 썬 팬텀광(sun phantom light) 효과를 발생시켜 운전자는 반사된 썬 팬텀광에 의해 신호등이 턴온된 것으로 오판하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 발광 다이오드를 이용하여 신호등을 구성하므로써 전력 소비를 감소시키고 수명 연장을 통해 유지비용이 절감되며 썬 팬텀광 현상을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 한 발광 다이오드를 이용한 신호등을 제공하는데에 있다.

이와 같은 본 고안의 목적은 다수개의 발광 다이오드를 포함하는 인쇄기판으로 이루어진 발광 다이오드 보드(LED board)와, 상기 발광 다이오드 각각의 앞에 설치되어 발광 다이오드의 빛을 모아 평행으로 나아가게 하는 콜렉터 렌즈 및 내측으로 다수의 렌즈가 장방형 패턴을 이루는 프론트 렌즈를 포함하여 구성하므로써 달성되는 것이다.

이러한 본 고안은 다수개의 발광 다이오드를 광원으로 사용하므로써 소비 전력 및 유지 비용을 감소시킬 수 있게 되며, 발광 다이오드 보드의 검은 표면과 콜렉터 렌즈 및 프론트 렌즈의 구조내에서 썬 팬텀광이 거의 완벽히 흡수 될 수 있도록 하므로써 썬 팬텀광 현상으로 인해 운전자가 신호를 오판하는 일 없이 용이하게 신호를 인식할 수 있으므로 상기 목적을 효과적으로 달성할 수 가 있는 것이다.

도 1 은 본 고안에 의한 기본적인 광학적 레이아웃 나타낸 개략도.

도 2 는 본 고안에 의한 발광 다이오드 보드, 콜렉터 렌즈 보드, 프론트 렌즈의 패턴을 겹쳐서 나타낸 개략도.

도 3 은 본 고안에 의한 일 실시예를 나타낸 개략도.

도 4 는 본 고안에 의해 태양 광선의 경로를 나타낸 개략도.

도 5 는 본 고안의 썬 팬텀광 방지 모듈이 포함된 실시예를 나타낸 개략도.

도 6 은 본 고안에 의한 발광 다이오드의 전기적 연결을 나타낸 블럭도.

도 7 은 본 고안의 일반적인 구조의 측 단면을 나타낸 구성도.

이하 본 고안의 목적을 효과적으로 달성할 수 있는 바람직한 실시 예로서 그 기술구성 및 작용 효과를 첨부한 별첨의 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 고안에 의한 기본적인 광학적 레이아웃을 나타낸 것으로 본 고안은 다수개의 발광 다이오드(110)를 포함하는 인쇄기판으로 이루어진 발광 다이오드 보드(LED board,100)와; 상기 발광 다이오드 보드(100)의 각 발광 다이오드(110)의 앞에 위치하여 거의 모든 유용한 광선을 모으고 이것을 평행하게 나아가도록 하는 콜렉터 렌즈(210)가 합성된 콜렉터 렌즈 보드(200)와; 내측으로 다수의 렌즈(310)가 장방형 패턴을 이루는 프론트 렌즈(300)로 구성된다.

상기 발광 다이오드(110)는 칩과, 반사판, 전선 등으로 이루어 지는데, 칩은 금속 반사판 중앙에 위치하고 전기적으로 전도성 있는 접착제에 의한 발광 다이오드의 전자적 연결은 반사판과 연결되고 전선은 두번째 조인트와 칩사이를 전기적으로 연결하여 전류가 오른쪽 방향으로 흐를 때 칩은 도핑에 의해 결정된 색상으로 발광하게 된다.

그리고, 발광 다이오드(110)의 모든 구조는 보호와 광학 렌즈 기능을 하는 투명 에폭시 수지 케이스에 덮히게 되어 그 자체로도 개별적인 광학 시스템으로 여겨지게 되는 것이다.

상기 콜렉터 렌즈(210)는 빛의 특별히 효과적인 사용을 가져오는 발광 다이오드(110)의 반대쪽 콜렉터 렌즈 보드(200) 위에 배열하여 발광 다이오드(110)로 부터 발산된 거의 모든 유효 광선을 모아 수평으로 나아가게 한다.

또, 프론트 렌즈(300)는 상부가 하단보다 돌출된 형태의 포물선 형으로 형성되어 반사경 기능을 하게 되고 콜렉터 렌즈 보드(200)를 통과한 평행 광선이 이에 상응 하기 때문에 보통의 기하형을 가지게 되어 많은 수의 개별적 렌즈(310)들이 장방형 패턴으로 그룹지워져 프론트 렌즈(300)의 내측에 형성된다.

도 2 는 본 고안에 의한 발광 다이오드 보드(100)와 콜렉터 렌즈 보드(200)와 프론트 렌즈(300)의 패턴을 겹쳐서 나타낸 개략도로서 도면에서 도시하는 바와 같이 발광 다이오드(110)와 콜렉터 렌즈(210)는 육각형 패턴으로 배열되고, 프론트 렌즈(300)는 많은 수의 개별적 렌즈(310)들이 장방형 패턴으로 그룹지워진다.

그러므로 각 발광 다이오드(110)는 프론트 렌즈(300)중 몇개의 개별적 렌즈(310)를 비춘다. 이러한 개별적 렌즈(310)가 구분을 가지기 때문에 각각의 발광 다이오드(110)는 완전히 독립적이고 따라서 자유롭게 배열할 수 있게 되는 것이다.

또한 운전자나 보행자는 신호등을 관찰할때 개별적 렌즈(310) 뒤의 발광 다이오드(110)는 관찰할 수 없게 되고, 개별적 렌즈(310)들에 의한 빛의 분산만을 볼 수 있게 되는 것이므로 광원 부분만 밝게 빛나는 기존의 신호등과는 달리 신호등 전면이 균일하게 빛나게 되어 시인성을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 도 3 은 하나의 발광 다이오드(110)가 고장나거나 발광 다이오드를 생략한 경우 근접한 콜렉터 렌즈(210)에서 발산한 광선에 의한 갭(gap)을 보상하는 모습을 보인 것으로 도면에서 도시하는 바와같이 발광 다이오드(110)의 고장은 거의 관찰되지 않고, 따라서 교통 신호는 손상되지 않은 채 보여 지게 되는 것이다.

그러므로 발광 다이오드(110) 몇개가 고장나더라도 그때마다 전체 모듈을 교체될 필요가 없으므로 경제적 잇점이 있고, 발광 다이오드(110)가 오프되어 약간 벗어난 빛은 전체 시스템에 나쁜 영향을 미치지 않게 된다.

또한 상기와 같은 효과에 의해 발광 다이오드(110)의 갯수를 줄일 수 있게 되고, 발광 다이오드(110)의 갯수를 감소시키기 위해서는 요구되는 신호등의 밝기를 만족시키도록 발광 다이오드(110)를 특정 패턴에 따라 설치하면 된다.

더욱이 이것은 발광 다이오드(110)의 광밀도를 개선하고 상이한 전원에 경제적 목적에 따라 적용할 수 있게 되며, 신호등의 상호 작용에 의한 밝기는 경제적 방법에 따라 적용될 수 있다.

한편, 신호등은 직접적으로 발광 다이오드(110)의 반사판 부분에 부딪치는 태양광의 영향을 받게 되는데, 종래에는 프론트 렌즈(300)에 의해 반사된 이 빛은 썬 팬텀광(sun phantom light) 효과를 발생시켜 운전자는 반사된 썬 팬텀광에 의해 신호등이 턴온된 것으로 오판할 수 있는 문제점이 있었다.

그리고, 보통 발광 다이오드(110)는 투명하고 한쪽 방향으로 반사되므로 태양광이 이러한 칩에 직접적으로 부딪치게 되면 태양광은 프론트 렌즈(300)에 반사되어 이러한 썬 팬텀광 현상을 가져온다.

가장 좋은 팬텀광 현상 방지 효과를 위한 광학적 설계는 태양광이 직접 발광 다이오드의 내부에 반사되는 것을 막는 것으로 도 4 는 일정 각도의 태양 광선에 의해 영향받는 광학적 효과를 가진 광선의 경로를 보이는 것으로 광선들은 프론트 렌즈(300)에 의해 하방으로 벗어나게 된다.

도면에서 도시된 바와 같이 콜렉터 렌즈 보드(200)를 수평으로 부딪치는 광선이 없기 때문에 발광 다이오드(110)의 칩에 부딪칠 수 없게 되며 단지 발광 다이오드(110)의 글래스 부분을 통해 지나가고 발광 다이오드 보드(100)의 검은 표면(120)에서 흡수되게 된다.

그리고, 어떤 발광 다이오드(110)의 광선도 태양 쪽을 향하지 않도록 프론트 렌즈(300)의 패턴을 디자인하게 되면 결과적으로 태양광도 칩이나 발광 다이오드(110)의 반사판에 도달하지 못하게 된다.

본 고안에서는 반사된 팬텀 광을 감소시키는 방법으로 프론트 렌즈(300)를 채색하는 방법과 팬텀광 방지 모듈(400)을 사용하는 두가지 방법을 사용하였다.

도 5 에서 도시되는 바와 같이 유색 프론트 렌즈(300')는 해당하는 파장의 태양빛만을 허용하고 나머지 파장의 빛은 흡수하므로 거의 대부분의 태양빛은 유색 프론트 렌즈(300')에서 필터링 되게 되는 것이다.

그리고, 허용된 일부의 빛만 광학 시스템 안으로 들어오게 되므로 그만큼 썬 팬텀광은 줄어들게 되는 것이다.

한편 대부분의 교통 신호등에 대한 기준은 시그널 색상이 기준치에 해당되도록 요구하는데 무색의 프론트 렌즈는 과다한 팬텀 광의 밝기와 빛의 총량이 너무 희미해지는 효과를 가져오므로, 유색 프론트 렌즈는 신호 색상을 만족시키기 위해서 일면 해당하는 시그널 색깔의 팬텀광을 최소화 할 수 있는만큼 태양광을 필터링하고, 다른 면으로는 유색 프론트 렌즈(300')가 가능한 많은 유용한 발광 다이오드(110) 광을 허용할 수 있도록 하게 된다.

그러므로 유색 프론트 렌즈(300')의 색깔과 그것의 채색 정도는 발광 다이오드(110)의 파장, 요구되는 신호등의 색상과 사이즈 및 썬 팬텀광의 색상과 정확하게 조화를 이루어야 결정된다.

한편, 상기 콜렉터 렌즈 보드(200)와 프론트 렌즈(300)사이에는 썬 팬텀광(sun phantom light) 방지 모듈(400)을 설치 할 수 있는데, 상기 썬 팬텀광 방지 모듈(400)로는 벌집형 또는 박막 세트가 사용될 수 있다.

도 5 는 썬 팬텀광 방지 모듈(400)이 설치된 상태를 나타낸 개략도로서 도면에서 도시하는 바와 같이 썬 팬텀광 방지 모듈(400)에 의해 입사 광선은 발광 다이오드 보드의 검은 표면에 부딪쳐 거의 전부 소멸되므로 렌즈보드나 발광 다이오드에 의한 빛의 반사가 일어나지 않게 되고 이에 따라 썬 팬텀광이 효과적으로 감소되는 것이다.

한편 팬텀광 방지 모듈(400)에 의해 거의 모든 유효광선은 시스템에 조화를 이룰 때만 통과할 수 있게 되므로 일부 발산된 광선들도 시스템에 영향을 미칠 수 없게 된다.

한편, 도 6 은 발광 다이오드(110)의 전기적 연결을 나타낸 블럭도로서 도면에서 도시한 바와 같이 본 고안의 발광 다이오드 모듈은 기존의 백열전구나 할로겐램프에 비해 광학적인것 뿐만 아니라 전기적으로 다른 신호등이다.

발광 다이오드 모듈은 많은 수의 광원으로 구성된다. 이러한 발광 다이오드(110)들은 직렬로 연결된 몇 몇개의 발광 다이오드(110)들이 병렬로 연결된 발광 다이오드 배열의 그룹으로 정열되어 한개의 발광 다이오드가 완전히 꺼지는 경우 해당하는 열은 병렬로 연결된 다른 발광 다이오드 체인(110')의 영향에 방해받지 않게 된다.

클럭 파워가 발광 다이오드 배열에 필요한 전압을 발생하여 발광 다이오드 모듈은 그 전기적 전압에 의해 직접적으로 작동되는데, 이 파워 서플라이(500)에서 출력되는 전류는 상수값으로 조정되므로 다이오드 배열은 보통 그것의 적절한 작동점에서 전압 변동과 다이오드 저항 없이 작동하게 되는 것이다.

만약 병렬 연결된 한 열의 발광 다이오드(110)가 꺼지면 그 열을 흐르던 전류는 남아있는 다른 열로 분산되고, 전류가 증가되는 만큼 출력되는 빛도 증가하므로 꺼진 발광 다이오드 배열에 의한 밝기의 손실이 보상되게 된다.

상기와 같은 이유로 본 고안은 백열등이나 할로겐 램프를 사용한 신호등의 경우 광원의 관찰이 필요했던 기존의 콘트롤러의 문제점을 해결하게 되는 것이다.

하나의 발광 다이오드(110)에 고장이 일어나거나, 발광 다이오드의 열이 나가는 경우 작은 전압이 공급됨에 따라 전류의 변화가 아주 작아 지기 때문에 사용중 콘트롤러의 전류에 의해서는 확인될 수 없다.

따라서 발광 다이오드 체인(110')의 고장은 발광 다이오드 모듈 자체의 콘트롤러에 의해 모니터되어야 하므로 전류를 측정하는 저항이 각 체인의 상태를 모니터링 유니트에 통신하게 되고, 미리 정해진 숫자의 체인이 고장나면 모니터링 유니트는 오프 스위치를 작동하여 발광 다이오드 유니트는 즉시 전류소비를 멈추게 되는 것이다.

한편 도 7 은 본 고안에 의한 신호등의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서 도면에서 도시하는 바와 같이 더블 사이드 인쇄기판인 발광 다이오드 보드(100)에는 일면으로 발광 다이오드(110)들이 배치되고, 타면에는 콘트롤 보드(600)가 연결되며, 발광 다이오드(110)가 배치되는 면에는 검은 표면(120)이 형성되어 보드표면에서 반사가 일어나는 것을 방지하게 되는 것이다.

그리고 콜렉팅 렌즈 보드(200)는 발광 다이오드(110)와 콜렉터 렌즈(210) 사이의 광학적 거리를 유지하기 위하여 소정 갯수의 스패이서(220)를 이용하여 발광 다이오드 보드(100)에 단단히 연결된다.

또한 콜렉팅 렌즈 보드(200)의 원주상에는 환테형 결합부(230)가 형성되어 케이스(700)와 전기적 쇼트가 일어나지 않도록 단단히 연결되며 프론트 렌즈(300)에도 일단에 결합구(320)가 형성되어 콜렉팅 렌즈 보드(200)의 결합부(230)와 결합하게 되며, 씰링 링(도면 중 미도시)을 상기 결합부위에 체결하여 수분의 침투 등을 방지할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 고안은 상기와 같이 다수개의 발광 다이오드를 광원으로 사용하므로써 소비 전력 및 유지 비용을 감소시킬 수 있게 되며, 발광 다이오드 보드의 검은 표면과 콜렉터 렌즈 및 프론트 렌즈의 구조내에서 썬 팬텀광이 거의 완벽히 흡수 될 수 있도록 하므로써 썬 팬텀광 현상으로 인해 운전자가 신호를 오판하는 일 없이 용이하게 신호를 인식할 수 있도록 하는 유용한 고안이다.

Claims (3)

1. 다수개의 발광 다이오드(110)를 포함하는 인쇄기판으로 이루어진 발광 다이오드 보드(LED board)와;

   상기 발광 다이오드 보드(100)의 각 발광 다이오드(110)의 앞에 위치하여 유용한 광선을 모으고 이것을 평행하게 나아가도록 하는 콜렉터 렌즈(210)가 합성된 콜렉터 렌즈 보드(200)와;

   내측으로 다수의 렌즈(310)가 장방형 패턴을 이루는 프론트 렌즈(300);

   로 구성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 신호등.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 보드(100)의 발광 다이오드(110)가 설치된 측을 검은 표면(120)으로 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 신호등.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 콜렉팅 렌즈 보드(200)와 프론트 렌즈(300) 사이에 벌집형 썬 팬텀광 방지 모듈(400)을 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 신호등.