KR200313229Y1 - 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등에 관한 것으로, 교통신호등에서 광원으로 사용되는 LED의 전방에 스넬의 법칙(Snell's Law)에 따라 빛을 굴절시켜 편향시킬 수 있는 광학렌즈를 장착함으로써 빛이 하향 편향되는 동시에 좌우로 확광되도록 하여 상대적으로 낮은 위치 및 좌우 측부에 있는 각 운전자로 하여금 신호등에 대한 시각인지도를 향상시킬 수 있도록 하는 것이다. 이러한 상기 교통신호등은 전원이 공급되는 회로기판; 상기 회로기판에 복수 배열로 집적되는 소정 발광색상의 LED; 및 상기 LED의 전방에 설치되어 상기 LED의 조사광이 굴절로 하향 편향되도록 아래로 갈수록 두꺼워지는 형상의 편향부가 상대적으로 곡률이 작은 내측에 수직한 방향을 따라 배치되는 광학렌즈;를 포함하며, 상기 광학렌즈는 오목렌즈의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등{A Light-emitting Diode Traffic Signal With An Optical Lens}

본 고안은 발광다이오드(이하 LED라 칭함)를 광원으로 사용하는 교통신호등에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED의 전방에 스넬의 법칙(Snell's Law)에 따라 빛을 굴절시켜 편향시킬 수 있는 광학렌즈를 장착하여 빛이 하향 편향되는 동시에 좌우로 확광되도록 하여 상대적으로 낮은 위치 및 좌우 측부에 있는 각 운전자로 하여금 신호등에 대한 시각인지도를 향상시킬 수 있는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등에 관한 것이다.

일반적으로 교통신호등은 운전자로 하여금 당해 거리의 교통흐름을 판단하고 그에 따라 운전이 진행되도록 표시하기 위한 것으로, 이를 위해 적색, 청색 및 황색 등의 3가지 색상으로 발광하도록 구분하고 있다.

이러한 발광을 위해 교통신호등에는 약 150m 전방에서 도로 운전자가 시각적으로 인지 가능할 정도의 휘도를 갖는 전구가 내장되어 있으며, 전구의 전방으로는 폴리카보네이트로 이루어진 색렌즈를 장착하여 빛이 이를 투과하면서 소정의 색상을 갖게 된다.

그런데 전구의 수명이 짧고 광도가 낮음으로 인해 LED 즉 발광다이오드를 광원으로 사용한 신호등의 보급이 확산되고 있다. 이와같이 LED를 사용한 교통신호등은 기판 위에 소정의 색상(예를 들어 적색,청색,황색 등)을 갖는 다수의 LED를 복수 배열하여 집적한 것으로 그 바로 앞에는 폴리카보네이트 투명렌즈를 장착하는 구조를 갖는다.

보통 교통신호등은 약 5m 정도 높이에 지지대로 세워져 있는데, 비록 LED가 전구에 비해 높은 휘도를 갖는다고 하더라도 차내에 앉아있는 운전자의 시각위치를 감안할 경우 그 빛을 인지하기에는 다소 무리가 따른다.

이는 기판상의 LED가 전부 전방을 향하도록 배열되어 있고 그에 따라 조사광의 대부분이 거의 전부가 전방을 향하는 문제점 때문인데, 이러한 문제점을 극복하기 위해 다수(120∼230개 정도)의 LED를 기판 상에 배열하여 조사광량의 크기를 높게 하여 상대적으로 고휘도를 갖는 교통신호등의 사용이 일반화되고 있다.

그러다보니 운전자의 시각인지도는 향상되었다 하더라도 너무 많은 LED의 사용으로 에너지 소비효율이 떨어지는 문제점을 안고 있다. 보통 교통신호등은 도심의 각 사거리는 물론 횡단보도가 설치된 길 양측부위에까지 설치되고 이외에 철도, 국도에까지 설치되는 것을 감안할 때, 지나친 에너지 소모량을 가져오는 문제점이 있다.

아울러 보다 많은 LED의 사용으로 시각인지도의 향상에 기능하는 가능성이 커졌지만, 신호등을 바라보는 위치는 전방 뿐만 아니라 전방에서 위를 쳐다보는 시각과, 신호등의 양측에서 각기 바라보는 시각 등이 존재함으로 단순히 휘도를 높게하는 것은 이러한 다양한 시각의 위치까지는 고려하지 못하는 문제점을 안고 있다.

이러한 문제점은 빛의 방향을 다변화하는 구조 즉 편향 또는 확광할 수 있는 구조가 종래 교통신호등에는 부재한 문제점에서 기인하는 것이다. 따라서 에너지소비효율의 증대를 위해 보다 적은 LED를 사용하면서도 운전자의 시각위치를 고려하여 빛의 방향을 다변화할 수 있는 구조의 교통신호등 개발이 요구되고 있다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 고안의 제 1목적은, 빛의 하향 편향 및 확광이 가능한 구조의 광학렌즈를 LED의 전방에 장착하여 보다 넓고 다양한 시각적 인지도를 구현할 수 있는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등를 제공하는 것이다.

그리고 본 고안의 제 2목적은, 보다 넓고 다양한 시각적 인지도를 구현할 수 있는 광학렌즈를 장착하여 보다 적은 개수의 LED 장착이 가능함으로써, 에너지소비효율을 증진시킬 수 있는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등을 제공하는 것이다.

이러한 본 고안의 목적들은, 전원이 공급되는 회로기판(200);

상기 회로기판(200)에 복수 배열로 집적되는 소정 발광색상의 LED(100); 및

상기 LED(100)의 전방에 설치되어 상기 LED(100)의 조사광이 굴절로 하향 편향되도록 아래로 갈수록 두꺼워지는 형상의 편향부(310)가 상대적으로 곡률이 작은 내측에 수직한 방향을 따라 배치되는 광학렌즈(300);를 포함하며,

상기 광학렌즈(300)는 오목렌즈의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등에 의하여 달성된다.

여기서 상기 광학렌즈(300)는 상대적으로 곡률이 작은 내측으로 상기 각 편향부(310)에 상기 각 LED(100)의 각 열이 대면하도록 대응 설치되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 광학렌즈(300)는 상대적으로 곡률이 큰 외측으로 맞은편 상기 각 편향부(310)에 상기 각 LED(100)의 각 열이 대면하도록 대응 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 광학렌즈(300)는 대응하는 상기 LED(100)의 발광색상에 대해 상대적으로 낮은 채도의 동일색상을 갖는 것이 바람직하다.

본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 고안의 제 1실시예에 따른 교통신호등의 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 광학렌즈의 정면도,

도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도,

도 4는 도 2의 B-B선에 따른 단면도,

도 5는 도 3의 편향부에 대한 LED의 배치관계를 도시한 구성도,

도 6은 본 고안의 제 2실시예에 따른 교통신호등의 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

100: LED 200: 회로기판

210: 회로구동부 300: 광학렌즈

310: 편향부 400: 하우징

1000: 교통신호등

다음으로는 본 고안에 따른 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 제 1실시예에 따른 교통신호등의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광학렌즈의 정면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 교통신호등(1000)은 광원으로 구비된 LED(100)의 조사광이 굴절을 통해 하향 편향 및 양측으로 확광되도록 아래로 갈수록 두꺼워지는 형상의 각 편향부(310)가 수직한 방향으로 배치되고 동시에 양측으로 갈수록 연속적으로 두꺼워지는 오목렌즈 형태의 광학렌즈(300)를 상기 LED(100)의 전방에 설치하여 이루어진 것이다. 이에 따라 교통신호등(1000)에 대한 운전자의 시각 인지도를 높히는데 기능하는 구조이다.

이러한 상기 교통신호등(1000)은, 지면에서 소정높이로 세워진 하우징(400)과, 상기 하우징(400) 내에 안치되는 회로기판(200) 및 상기 회로기판(200)에 복수 배열되어 집적된 다수의 LED(100)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 각 LED(100)의 전방으로 설치되도록 상기 하우징(400)의 전방에 테두리가 끼워진 광학렌즈(300)가 구비된다.

상기 하우징(400)은 LED(100)의 조사광이 시각적으로 보다 잘 구별되도록 흑색도료로 표면이 도포되어 있으며, 사거리용 신호등(1000)을 일실시예로 도시하였는 바, 전방은 가로방향을 따라 4등분 구획되어 있어 각 구획된 개봉부위별로 4개의 회로기판(200)이 내부에 각각 대응 설치된다.

상기 회로기판(200)에는 다수의 LED(100)가 복수 배열되어 집적되어 있는데, 하우징(400)의 제일 좌측에 위치한 회로기판(200)에는 적색의 LED(100)가 배열되어 있고, 이어 황색, 좌회전을 화살표식으로 나타내는 청색, 직진주행을 위한 청색 순으로 LED(100)가 배열된 각 회로기판(200)이 가로방향을 따라 순차적으로 설치되어 있다. 또한 상기 각 회로기판(200)은 뒤측에 설치된 회로구동부(210)에 공히 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 회로구동부(210)는 전원을 공급받도록 지중의 전원케이블 단자(미도시)에 접선처리되어 있다.

이러한 상기 LED(100)의 전방으로 광학렌즈(300)가 설치된다. 상기 광학렌즈(300)는 테두리가 상기 하우징(400)의 전방 구획부위 내에 끼움 결합되어 있으며, 곡률이 상대적으로 작은 내측부위(오목한 부위)가 상기 LED(100)에 대접하도록 위치하고 있다.

그리고 대응하는 LED(100)의 색상에 따라 광학렌즈(300)의 색상도 상이한데 만일 LED(100)의 발광색이 적색일 경우 광학렌즈(300)의 색상도 적색이며, LED(100)의 색상이 청색일 경우 청색이다. 이 때 광학렌즈(300)의 색상은 LED(100)의 발광색상이 더 돋보이도록 보조적으로 기능하기 위해 상대적으로 낮은 채도의 해당 색상으로 채색 처리되어 있다.

아울러 상기 광학렌즈(300)의 내측부위에는 LED(100)의 조사광이 굴절되면서 하향으로 편향되도록 하기 위한 편향부(310)가 형성되어 있다. 상기 각 편향부(310)는 하기의 도 3에서와 같이 아래로 갈수록 그 두께가 두꺼워지는 형상이며 이러한 각 편향부(310)가 수직방향을 따라 배치되어 있어 흡사 톱니바퀴의 형태를 취하며 이에 따라 각 편향부(310)의 측부는 경사진 단면을 가지게 된다.

이와 더불어 상기 광학렌즈(300)의 중앙에서 양측으로 갈수록 그 두께가 연속적으로 두꺼워지는 오목렌즈의 형태를 갖으며 이에 따라 하기의 도 4에서와 같이 중앙에서는 얇고 상대적으로 양측은 두껍다.

이와 같은 광학렌즈(300)에서 상기 각 편향부(310)의 형성개수는 해당 LED(100)의 가로방향 배열수와 동일하며, 하기의 도 5에서와 같이 각 편향부(310)마다 대면하여 각 LED(100)의 가로방향 열이 대응하여 위치되도록 하우징(400)에 설치된다.

따라서 각 편향부(310)마다 각 LED(100)가 대응하게 됨으로 아래로 갈수록 두꺼워지는 형상 및 양측으로 갈수록 연속적으로 두꺼워지는 형상에 기인하여 각 LED(100)의 조사광의 매질로서 형상에서 기인하는 굴절율의 변화를 초래하게 된다.

즉 상기 각 편향부(310)를 투과하는 LED(100)의 조사광(화살표식)은 아래로 갈수록 두꺼워지는 매질의 형상에 의해 스넬의 법칙에 의거 하향 편향된다. 스넬의 법칙은 빛의 매질에 따른 굴절율에 관한 관계를 정립한 것으로, 빛이 광학적으로 서로 다른 매질을 지날 경우 굴절(반사)하는 현상에 관한 것이다. 더불어 상기 LED(100)의 조사광은 각 편향부(310)가 양측으로 갈수록 두꺼워지는 매질의 형상에의해 투과되면서 보다 넓어진 조사각도로 확광되어 펴져나가게 된다.

도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B선에 따른 단면도이며, 도 5는 도 3의 편향부에 대한 LED의 배치관계를 도시한 구성도이다.

도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광학렌즈(300)는 곡률이 작은 내측면(오목한 면)에 아래로 갈수록 두꺼워지는 편향부(310)가 수직방향을 따라 배치되는 형상이다. 또한 상기 광학렌즈(300) 및 그 편향부(310)는 양측으로 갈수록 연속적으로 두꺼워지는 오목렌즈 형태로 형성됨으로써, 상기 광학렌즈(300) 전체가 중앙에 비해 양측으로 갈수록 더 두꺼워지는 형태를 취한다.

이러한 형상을 갖춘 상기 광학렌즈(300)가 LED(100)의 전방에 배치될 경우 스넬의 법칙에 의거 LED(100)의 조사광을 굴절시켜 편향시키도록 기능하게 되는데, 특히 각 편향부(310)의 두께변화에 의해 LED(100)의 조사광이 하향 편향 및 양측으로 확광되도록 유도하는데 일조하게 된다.

또한 상기 광학렌즈(300)는 해당 LED(100)의 발광색에 대해 동일한 색상과 낮은 채도를 갖도록 채색 처리되어 있어 예를 들어 적색 LED(100)의 조사광이 투과될 경우 해당 발광색상의 채도가 더 높아져 시각적인 인지도를 향상시키도록 기능할 수 있다.

이와 같은 광학렌즈(300)가 회로기판(200)에 집적된 LED(100)의 전방으로 설치될 경우 각 편광부(310)마다 상기 각 LED(100)의 가로방향 일렬이 광학적으로 대응하도록 배치되며, 이에 따라 일렬의 LED(100)에서 방출된 빛은 가로방향을 따라 이어지면서 양측으로 갈수록 두꺼워지는 편광부(310)를 통과하면서 하향 편향 및좌우 확광하게 된다.

도 6은 본 고안의 제 2실시예에 따른 교통신호등의 구성도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광학렌즈(300)에서 상대적으로 곡률이 큰 외측면 부위(볼록한 부위)에 LED(100)가 대접하도록 하우징(400)에 설치되어 있다.

이에 따라 각 편향부(310)는 광학렌즈(300)의 통체를 가로질러 LED(100)의 맞은편에 위치하게 된다. 이 때 각 LED(100)가 맞은편 편향부(310)마다 대응하는 위치에 있도록 상기 각 편향부(310)의 개수는 회로기판(200)에 배열되는 각 LED(100)의 가로방향 열수와 동일하게 형성되어 있다.

따라서 상기 LED(100)의 조사광은 광학렌즈(300)를 투과하면서 맞은편 각 편향부(310)를 투과한다. 이 때 두꺼워지는 편향부(310)의 형상에 따라 각각의 LED(100) 조사광은 대응 굴절하여 하향 편향되고, 오목렌즈의 형태의 광학렌즈(300) 및 그 편향부(310)의 형상에 따라 굴절하여 확광될 수 있다.

이상에서와 같은 본 고안에 따른 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등(1000)에서, 광학렌즈(300)는 사거리용 교통신호등(1000)에 국한하여 사용하는 것 이외에, 세로방향으로 청색, 적색의 LED(100)가 장착되어 발광하도록 구분된 횡단보도용 교통신호등(1000)에도 물론 사용 가능하며, 더불어 LED(100)를 광원으로 사용하는 광고판 및 교통표지판 등에도 LED(100)의 개수를 줄이면서 시각인지도롤 높히고자 하는 의도로 사용할 수 있다.

또한 광학렌즈(300)는 유리로 이루어지는 것 이외에, 투명 플라스틱을 재질로 제작할 수 있으며, 만일 무색상의 LED(100)를 광원으로 사용할 경우 보다 높은채색의 색상을 갖는 광학렌즈(300)의 사용도 가능하다. 또한 전반적으로 사각의 형상을 갖는 광학렌즈(300)가 도시되고 설명되어졌지만 이외에, 원형, 삼각형, 사각형 등과 같이 그 전반적인 형상을 달리하여 사용할 수 있다.

아울러 편향부(310)의 경사단면에서 그 경사각도는 설치되는 LED(100)의 개수와, 당해 국가의 교통신호등(1000) 제조규격 및 품질규격에 따라 달리하여 사용할 수 있으며, 일정경사를 갖는 것 이외에, 소정곡률로 만곡되는 형상의 사용도 가능한다.

이와 더불어 LED(100)를 광원으로 사용하는 교통신호등(1000) 이외에, 전구를 광원으로 사용할 경우에도 본 고안에 따른 광학렌즈(300)의 장착이 가능함은 물론이다.

이상에서와 같은 본 고안에 따른 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등에 의하면, LED의 하향 편향 및 양측으로의 확광이 동시에 가능하도록 형상설계된 광학렌즈가 구비됨으로 인해 운전자의 시각인지도가 개선되는 특징이 있다.

아울러 광학렌즈의 구비로 보다 적은 개수의 LED를 사용하면서도 시각적 인지도의 개선이 가능함으로, 에너지소비효율의 제고할 수 있는 장점이 있다.

이에 따라 특히 안개나 강우 또는 야간에 교통신호등의 인지도가 저하됨에 따라 일어날 수 있는 교통사고 발생을 줄일 수 있는데 기여할 수 있는 효과가 있다.

비록 본 고안이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 실용신안등록청구의 범위는 본 고안의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (4)

1. 전원이 공급되는 회로기판(200);

   상기 회로기판(200)에 복수 배열로 집적되는 소정 발광색상의 LED(100); 및

   상기 LED(100)의 전방에 설치되어 상기 LED(100)의 조사광이 굴절로 하향 편향되도록 아래로 갈수록 두꺼워지는 형상의 편향부(310)가 상대적으로 곡률이 작은 내측에 수직한 방향을 따라 배치되는 광학렌즈(300);를 포함하며,

   상기 광학렌즈(300)는 오목렌즈의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광학렌즈(300)는 상대적으로 곡률이 작은 내측으로 상기 각 편향부(310)에 상기 각 LED(100)의 각 열이 대면하도록 대응 설치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광학렌즈(300)는 상대적으로 곡률이 큰 외측으로 맞은편 상기 각 편향부(310)에 상기 각 LED(100)의 각 열이 대면하도록 대응 설치되는 것을 특징으로 하는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 광학렌즈(300)는 대응하는 상기 LED(100)의 발광색상에 대해 상대적으로 낮은 채도의 동일색상을 갖는 것을 특징으로 하는 광학렌즈를 갖는 발광다이오드 교통신호등.