KR20100137218A - 교통 신호등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 LED광원을 이용한 교통신호등에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광확산계를 이용하여 확산된 단일 LED광원을 균일하고 밝은 신호를 발현하도록 조절된 시야각을 가지는 교통신호등에 관한 것이다.

본 발명에 따른 교통신호등은 원형 홈통의 하면에 원형 방열판이 삽입 고정된 홈통; 상기 방열판의 전면에 실장된 파워 LED칩; 상기 방열판의 후면에 일정간격으로 이격되어 설치된 파워 LED칩 구동PCB; 상기 LED칩이 중앙에 끼워지도록 고정되는 파나볼릭형 반사판; 기 반사판 전면에 고정된 광확산 필름; 및 상기 광확산 필름 전면에 고정된 프레즈널 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 교통신호등은 하나의 LED 광원을 사용하여 교체 및 수리가 용이하고, 방열판을 신호등의 몸통으로 사용하여 파워 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있으며, PCB를 파워LED에서 발생하는 열로부터 보호할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 교통신호등은 시야각을 조절하도록 구현되어 광확산으로 인해 휘도가 약해지는 것을 방지할 수 있다.

교통 신호등, 파워LED

Description

교통 신호등{LED TRAFFIC LIGHT}

본 발명은 단일 LED광원을 이용한 교통신호등에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 LED광원을 광확산계를 이용하여 확산시켜 균일한 신호를 발현하는 교통신호등에 관한 것이다.

종래 전구를 이용한 교통신호등을 전력소모가 적은 LED광원으로 대체되고 있다. 종래 전구를 단순히 LED로 교체하는 방안들이 제시되었으나, LED의 경우 광의 직진성이 높아 멀리서는 잘보이나 신호등 근방에서는 잘보이지 않고, 또한 발열량이 높아 LED를 제어하는 PCB가 쉽게 고장나는 문제가 있어왔다.

이러한 문제들을 해결하기 위해, 대한민국 특허 공개 10-2005-0119606호에서는 국내 교통신호등의 표준규격인 12인치(300MM) 인쇄회로기판(PCB)에 일정한 간격으로 배열되어있는 LED(발광다이오드)소자를 점광원을 평광원으로 변경하는 12인치(300MM)규격의 프레넬렌즈(FRESNEL LENS)를 통하여 적은 면적의 인쇄회로기판에 집중시키고 이를 소켓화 시킴으로서 종래의 LED교통신호등의 제작에 소요되는 LED소자의 갯수를 줄이고 제조공정을 간소화함으로서 제조에 소요되는 많은 인력 및 제작단가를 줄이고 또한 LED소자의 고장시 소켓화시킨 LED소자부만을 교체함으로써 유지보수에 소요되는 많은 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 LED 교통신호등을 개시하고 있다.

대한민국 특허 공개 2001-0011346 호에서는 나팔관 형태로 된 케이스의 내부에 LED와 회로소자로 이루어진 발광부가 고정수단에 의해 고정되고, 상기 케이스의 전방에는 앞면에 레코드판과 같은 원형의 줄무늬가 형성되고 그 이면에 육각의 돌기가 형성된 빛분산판이 결합수단에 의해 결합되며, 상기 빛분산판의 전방에는 내면에 격자무늬가 형성되고 그 격자무늬의 내부에 요철이 형성된 렌즈가 설치된 교통신호등을 개시하고 있다.

실용신안 제 313229호에서는 교통신호등에서 광원으로 사용되는 LED의 전방에 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 방법이 개시되어 있다. 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 교통신호등을 개시하고 있다.

그러나, 하나의 LED 광원을 사용할 경우, LED 광원의 확산시키 어렵고, 확산과정에서 광원의 휘도가 약해지는 문제가 발생하게 된다. 또한 LED에서 발생하는 다량의 열량을 신호등과 같은 구조에서 외부로 신속하게 방출하기 어렵게 된다.

이에 따라, 최근에는 교통신호판 전체에 다수의 저전압 LED를 병렬 연결하여 발광시키는 다점 광원 LED 신호등이 사용되고 있다. 이러한 다점 광원 LED 신호등은 광확산이 필요 없고, 또한 각각의 LED 칩이 신호등 전체에 퍼져 있어 발열에 의한 고장이 없어 기존의 형광 등을 이용한 교통신호등을 빠르게 대체하고 있다.

특허 공개 10-2002-0011516 호에서는 LED의 사용 수량을 감소시킴과 더불어 광효율이 증대하기 위해, 전면에 다수개의 LED가 일정 간격으로 배열되고, 외부의 전원공급수단과 연결된 LED 배열기판과, 상기 LED 배열기판의 전방에 소정 간격을 갖도록 결합되어 상기 다수개의 LED와 각각 일대일로 대응하는 다수개의 셀렌즈가 일체로 형성된 셀렌즈어레이를 포함하는 교통신호등이 개시되어 있다.

실용신안 제 430236호에서는 기존의 발광다이오드(LED) 교통신호등의 무색투명렌즈를 볼록 또는 오목렌즈 요철로 처리함으로써 점광원인 LED의 단점을 보완한다. LED 교통신호등의 무색투명렌즈를 내측에서 오목렌즈 및 볼록렌즈 또는 오목렌즈와 볼록렌즈가 조합된 렌즈를 구성함으로써 LED의 빛이 볼록 또는 오목한 표면에서는 여러 방향으로 방출되고 서로 간섭현상을 일으켜 점광원이 아닌 단일광원으로 보이므로 편안감을 주도록 고안되어 있다.

실용신안 제 181921호에서는 DC 전원을 사용하는 LED를 광원으로 채택하고, LED의 발광을 빛 확산 필터수단을 이용하여 확산시켜 소수개의 LED를 구성하고서도, 투시렌즈 전체면에 대하여 요구되는 휘도를 발생시킬 수 있도록 하므로써, 전력소비 감소시키는 방안이 개시되어 있다.

실용신안 제427618호에서는 LED신호등에 빛 확산용 커버를 적용하여 다수의 LED램프 중 일부분의 점등 불량이 발생하더라도 외부에서 LED램프의 점등 불량상태를 식별하지 못하도록 하여 일부분의 LED램프 점등 불량으로 인한 LED신호등의 관리상 어려움을 개선하는 방안이 개시되어 있다.

대한민국 특허 공개 10-2006-0096783호에서는 전면에 다수개의 LED가 일정 간격으로 배열되어 있으며, 외부의 전원공급 수단과 연결되어 상기 LED에 전원을 인가하여 광을 발생하도록 하는 LED 배열기판과 상기 LED 배열기판의 전방에 소정 간격을 갖도록 결합되어 LED 광을 외부로 확산하면서 방사시켜 주는 광확산판이 포함되어 LED 교통신호등의 점광원을 면광원화시켜 LED 가 일정 수준까지 손상될 때까지는 계속 사용이 가능한 교통신호등을 개시하고 있다.

그러나, 다수의 LED 전구를 사용하는 다점광원 LED신호등은 일부 전구가 파손될 때, 고장난 전구를 교체할 수 있다는 장점이 있지만, 실상은 도로 위에 달린 교통신호등을 교체하기 위해서는 사다리차를 동원하고 경우에 따라서 교통을 통제하여야 하는 문제가 있기 때문에, 신호등 자체를 교체할 때까지 방치되는 경우가 많다.

따라서, 시장에서는 하나의 LED광원을 사용할 경우 나타나는 광확산에 따른 휘도 저하 문제와 발열 방출 문제나 다점 LED 광원을 사용할 경우 나타나는 제품 내구성의 저하와 교체의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있는 새로운 LED교통신호등에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명의 목적은 하나의 고출력 LED 전구를 사용하면서도 산란광원에 의한 눈부심이 적은 새로운 LED 신호등을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고출력 LED 전구를 사용하여 교체가 용이하고 열 방출특성이 좋은 새로운 LED신호등을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고출력 LED전구에서 발광된 광원을 짧은 거리에서 확산시킬 수 있어 신호등 몸체의 길이가 짧은 새로운 LED신호등을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 LED광원을 확산시켜 제조되는 교통신호등의 휘도 저하를 해결할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 교통신호등은 원형 홈통의 하면에 원형 방열판이 삽입 고정된 홈통; 상기 방열판의 전면에 실장된 파워 LED칩; 상기 방열판의 후면에 일정간격으로 이격되어 설치된 파워 LED칩 구동PCB; 상기 LED칩이 중앙에 끼워지도록 고정되는 파나볼릭형 반사판; 상기 반사판 전면에 고정된 광확산 필름; 및 상기 광확산 필름 전면에 고정되는 프레즈널 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 프레즈널 렌즈는 이론적으로 한정된 것은 아니지만, 광확산 필름에 의해서 휘도가 낮아진 LED을 집광시킴으로서 교통신호등의 시야각 범위에서 고휘도의 확산 광원을 방출하게 된다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 프레즈널 렌즈는 확산된 광원을 집광할 수 있도록 렌즈 내면에 프레즈널 형태가 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시는 확산된 광원의 집광을 용이하게 할 수 있도록 볼록형 프레즈널 렌즈를 형성하며, 외면에는 확산 광원에 의한 눈부심을 방지할 수 있도록 무광처리된다.

본 발명에 있어서, 상기 파워 LED는 다수의 LED 배아칩이 하나의 금속 기판에 복수로 어레이 되어 있는 것으로, 대략 12 mm 정도의 지름에 3.5 mm 정도의 단일 광원을 형성하며, 10 W 이상의 출력을 내는 단일칩이다.

본 발명에 있어서, 상기 파워 LED는 방열판에 부착되어 발열되는 열을 방출하며, 상기 방열판은 스페이서를 통해 PCB와 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 반사판은 신호등의 무게를 줄일 수 있도록 PMMA와 같은 수지를 파나볼릭 형태로 성형하고, 표면에 금속 반사층, 바람직하게는 실버층을 증착시켜 형성하여 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 광확산 필름은 아크릴 수지에 글라스 비드와 같은 광확산제를 혼합하여 필름 형태로 성형하여 제조된다.

본 발명에 있어서, 상기 프레즈널 렌즈는 볼록하게 돌출된 돔 형태의 비구면 렌즈 표면에 프레즈널 레즈 형태의 표면이 형성된 렌즈이며, 상기 렌즈의 표면은 non-gloss 형태로 무광처리되어 표면에서 LED렌즈의 빛에 의한 눈부심과 광의 시야각을 90도 범위로 유지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방열판은 신호등의 크기에 따라서, 또한 LED의 전력 에 따라서 크기를 조절할 수 있으며, 바람직하게는 상기 교통 신호등은 하부의 원통 방열판과 홈통이 결합되어 교통신호등의 케이스를 이루는 것이 바람직하며, 이 경우 케이스 전체가 방열특성을 나타낼 수 있게 된다.

본 발명은 일 측면에 있어서, 본 발명에 따른 교통신호등은 중앙에 파워 LED가 삽입된 파나볼릭 형태의 반사판; 상기 반사판 전면에 고정된 광확산 필름; 상기 광확산 필름에 형성된 프레즈널 렌즈; 상기 파워 LED의 하단에 형성된 방열부재; 및 상기 파워 LED를 제어하는 PCB기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 교통신호등의 광확산 구조가 하나의 LED광원으로부터 방출되는 광을 파나볼릭 형태의 반사판의 전면에 형성된 광확산 필름을 이용하여 확산하고, 광확산 필름을 투과한 광을 무광처리된 볼록형 프레즈널 렌즈를 이용하여 시야각을 90도범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 일 측면에 있어서, 교통신호등의 광 방출 방법에 있어서, 신호등의 중심부에서 설치된 LED에서 광원을 방출하는 단계; 상기 방출 광원을 광확산 시트를 이용하여 확산시키는 단계; 및 상기 확산된 광원을 시야각 이내로 집광시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해서 하나의 칩을 사용하는 새로운 LED 신호등이 제공되었다. 본 발명에 따른 LED신호등은 고출력 LED를 사용하여 고장률이 극히 적고, PCB가 방열판 뒤에 부착되어 있어 PCB 또는 LED칩만을 용이하게 교체할 수 있다. 또한, 광 확산 특성이 뛰어나 발광칩과 렌즈계 사이의 거리가 짧아 적은 홈통을 이용해서 신호등의 제조가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 교통신호등은 표면이 무광처리가 되어 있어 LED의 직진광이나 산란광에 의한 눈부심이 없어 안전 운행이 가능하다.

하기 실시예에서는 본 발명이 상세하게 설명되어 있으나, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 어떤 경우에도 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 범위는 하기 청구범위에 의해 기재된 사항과 또한 본원 발명에 관용 기술을 부가하여 변경한 것이 포함되는 것임을 당업자는 유의하여야 한다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 교통 신호등의 단면 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 본원 발명에 따른 교통 신호등(100)은 200 mm 내지 300 mm 직경의 원형의 홈통(50)에 하나의 파워 LED칩(10)이 상기 홈통의 중앙에 설치되고, 하나의 파워 LED칩(10)에서 발산되는 광원을 일정하게 신호등 표면에서 발광시키기 위해 홈통에 상응하는 직경을 가지는 파나볼릭 반사판(20), 광확산 필름(30), 볼록형 프레즈럴(40) 렌즈가 차례로 삽입 고정된다.

파워 LED칩(10)은 도 2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 지름 10mm 정도의 금속기판(11)에 10-20개의 배아칩(12)이 동시에 어레이되어 있고, 외부가 실리콘이나 에폭시 수지로 3-4 mm의 두께로 몰딩(13)되어 하나의 전원 단자(14)에 의해서 전원이 공급되는 단일칩이 사용된다. 파워 LED의 전력은 7-13 W 수준을 이룬다.

파워 LED칩(10)은 전면으로는 파나볼릭 반사판(20)의 중앙에 형성된 삽입홈(21)에 끼워져 고정되고, 파워 LED(10)의 후면으로는 파워LED에서 발생되는 열을 방출시키기 위한 방열판(60)에 고정된다. 상기 방열판(60)의 직경은 홈통(50)의 직경에 상응하는 직경을 가지도록 구성되어, 상기 홈통에 결합되어 방열판(60)과 함께 홈통(50)이 방열 기능을 하게되어 방열 홈통을 이루는 것이 좋다.

파워 LED칩(10)의 전원단자(14)는 방열판(60)을 관통하여 PCB(70)에 연결된다. 상기 PCB(70)에는 파워 LED칩(10)의 구동 드라이버가 실장되어 있으며, 스페이서(71)에 의해서 방열판(60)과 일정 간격 이격되어 고정된다.

파나볼릭 반사판(20)은 PMMA와 같은 열가소성 수지를 이용하여 사출금형으로 제작되고, 표면에는 광반사를 위해 실버와 같은 금속 증착층(21)이 형성된다.

도 3에서 보는 바와 같이, 상기 광확산 필름(30)은 글라스비드와 같은 광확산 물질(31)이 기판에 분산되어 광확산이 일어나는 필름이며, 아크릴 수지와 글라스비드를 혼합하여 필름 형태로 가공하여 제조된다.

볼록형 프레즈널 렌즈(40)는 광확산(30) 필름에 의해서 확산된 광이 시야각을 90도로 유지하기 위한 것으로서, 속이 빈 돔형태의 렌즈의 표면이 프레즈널 렌즈 형태를 이루고 있다. 프레즈널 렌즈(40)은 표면은 빛이 산란하거나 눈부심이 생기는 것을 방지하도록 표면 부식시켜 난그로스 형태로 무광처리되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 교통신호등의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2a는 고출력 LED칩의 평면도이며, 도 2b는 고출력 LED칩의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 교통신호등에서 확산판을 통과하는 광의 확산을 나타내는 모식도이다.

Claims (8)

1. 원형 홈통의 하면에 원형 방열판이 삽입 고정된 홈통;

   상기 방열판의 전면에 실장된 파워 LED칩;

   상기 방열판의 후면에 일정간격으로 이격되어 설치된 파워 LED칩 구동PCB;

   상기 LED칩이 중앙에 끼워지도록 고정되는 파나볼릭형 반사판;

   상기 반사판 전면에 고정된 광확산 필름; 및

   상기 광확산 필름 전면에 고정된 무광 처리된 볼록형 프레즈널 렌즈

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통신호등.
2. 제1항에 있어서, 상기 파워 LED는 금속 기판, 상기 금속기판에 어레이된 다수의 LED 배아칩, 상기 LED 배아칩을 보호하는 몰딩, 및 LED에 전원을 공급하는 하나의 전원 단자로 이루어진 것을 특징으로 하는 교통신호등.
3. 제1항에 있어서, 상기 반사판은 표면에 금속 반사층이 형성된 것을 특징으로 하는 교통신호등.
4. 제1항에 있어서, 상기 광확산 필름은 아크릴 수지에 글라스 비드가 분산된 필름인 것을 특징으로 하는 교통신호등.
5. 중앙에 파워 LED가 삽입된 파나볼릭 형태의 반사판;

   상기 반사판 전면에 고정된 광확산 필름;

   상기 광확산 필름에 전면에서 형성된 집광 렌즈;

   상기 파워 LED의 하단에 형성된 방열부재; 및

   상기 파워 LED를 제어하는 PCB기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 교통 신호등.
6. 제5항에 있어서, 상기 집광 렌즈는 내측에 프레즈널 형상이 형성되고, 외면이 무광 처리된 볼록형 프레즈널 렌즈인 것을 특징으로 하는 교통 신호등.
7. 하나의 LED광원으로부터 방출되는 광을 파나볼릭 형태의 반사판의 전면에 형성된 광확산 필름을 이용하여 확산하고, 확산된 광원을 집광렌즈를 이용하여 시야각 이내로 집광시키는 것을 특징으로 하는 교통 신호등 구조.
8. 제7항에 있어서, 상기 집광 렌즈는 무광처리된 볼록형 프레즈널 렌즈를 이용하여 시야각 90도 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 교통 신호등 구조.

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