KR20190028252A - 고효율, 고시인성을 갖는 led 면조명 교통신호등 - Google Patents

고효율, 고시인성을 갖는 led 면조명 교통신호등 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상기 LED 신호등은 전면에 광확산 및 광변환시트에 반사물질이 코팅되어 부착된 전면판, 상기 전면판과 대치되어 후면에 고정된 후면판으로 이루어진 LED 신호등 본체와 상기 후면판의 내부에 장착되어 소정의 색을 발광하는 복수의 LED 발광소자 및 상기 전면판과 밀착된 상태로 부착되어, 상기 LED 발광소자에서 발광하는 소정의 색의 광을 확산시킴과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환시키는 변환시트로 이루어진다.
또한, LED 신호등 본체 내부에 청색LED 발광소자를 배치하여 청색광을 적색, 녹색 또는 황색 형광체가 도포된 변환시트를 통해 각각 적색, 녹색, 황색으로 발광하여, 기존 신호등 대비 낮은 에너지 소비전력을 가지고 고효율을 낼 수 있고, 면광원을 이루어 시인성과 방열효과가 우수한 효과가 있다.

Description

고효율, 고시인성을 갖는 LED 면조명 교통신호등{LED traffic surface emitting lights with high efficiency and visibility }
본 발명은 확산과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환되어 발광되는 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 신호등에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 청색 LED 발광소자에서 발광하는 청색광을 광변환 및 광확산 시트를 통해 확산시킴과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환시킴으로써, 소비전력이 낮고, 시인성이 우수하며 열적으로 안정한 구조를 갖는 LED 면발광 신호등 제조방법에 관한 것이다.
기존의 백열램프를 사용한 LED 신호등은 소비전력이 100W이상으로 매우 높고 교체주기가 짧아 유지보수 비용이 크게 드는 문제점을 안고 있었다. 이를 대체하기 위해 LED를 이용한 교통신호등이 적용되고 있으나 LED는 백열램프보다 휘도가 낮기 때문에 높은 휘도를 유지하기 위해 많은 수의 LED를 배열해야 하며 교통안전 규격에 요구하는 밝기와 균일성을 유지하기 위해 치밀한 구조를 갖을 수밖에 없다. 밝기와 균일성을 유지하기 위해 삽입되는 LED수는 400개 이상으로 신호등 1개당 소비전력은 20W이상 소모되게 되므로 전력소모가 커질 수밖에 없다. 또한 무더운 여름철 고온과 LED 내부의 발열문제로 인해 부분불량으로 인해 점등이 되지 않는 경우 도로상 차량 및 보행자의 안전을 위협하게 되며 유지보수 비용을 크게 높이는 문제점이 있다.
종래의 LED 신호등은 직진성이 커서 가까운 곳과 먼곳의 거리감을 상실하여 운전자의 정확한 신호선을 인식하지 못하고 혼돈을 야기시킬 수 있는 문제점이 있으며 눈부심(glare effect) 현상으로 인해 야간에는 운전자들에게 쉽게 피로감을 갖게한다. 또한 주간에는 일사량이 큰 외부에 노출되므로 태양광에 의해 LED표면에 캡슐된 실리콘 반사에 의해 신호등의 점, 소등의 분간이 어려워져 교통상 안전사고를 유발할 가능성이 커지게 된다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 광확산판을 사용하여 LED 점광원을 면광원화 하여 은폐성을 부여하며 LED의 눈부심 현상을 제거하고 시야성을 확보한 제품들이 적용되고 있으나 광휘도가 떨어지고 효율이 낮아져서 크게 활용되고 있지 못하고 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0096783호.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 운전자나 보행자에게 도로상 신호표시를 제공하되, 상기 신호등 후면판의 내부에 청색 LED 발광소자를 사용해 조명장치를 구성하고 황색, 녹색, 적색 형광체를 도포한 확산부재를 이용하여 청색광을 확산시켜 확산부재를 통해 적색, 녹색, 황색을 내게 하여 신호등에 비해 보다 넓은 부위로 빛을 확산시킬 수 있게 고른 면광원을 구성하며 낮은 소비전력과 시인성을 개선하며 외부표면에 빛반사 코팅제를 도포함으로써 식별성을 개선한 LED 신호등 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 따른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 LED 신호등은 전면에 반사물질이 코팅된 광변환 및 확산시트가 부착된 전면판, 상기 전면판과 대치되어 후면에 고정된 후면판; 으로 이루어진 신호등 본체와 상기 후면판의 내부에 장착되어 소정의 색을 발광하는 복수의 LED 발광소자 및 상기 전면판과 밀착된 상태로 부착되어, 상기 복수의 LED 발광소자에서 발광하는 소정의 색의 광을 확산시킴과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환시키는 변환시트로 이루어진다.
상기 변환시트는 상기 복수의 LED 발광소자로부터 발광되는 소정의 색의 광을 또 다른색의 광으로 변환시키기 위해 상기 변환시트의 표면에 변환형광체를 구비하여 도포시켜 상기 복수의 LED 발광소자에서 발광되는 소정의 색의 광을 상기 변환시트를 통해 확산과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환되어 발광된다.
이때, 상기 복수의 LED 발광소자는 청색광을 발광시키는 청색 LED 발광소자이며, 상기 확산시트의 표면에 도포된 변환형광체는 상기 청색 LED 발광소자에서 발광되는 청색광을 각각 적색, 녹색, 황색광으로 변환시켜 발광시키는 LED용 형광체로 이루어진다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, LED신호등 본체 내부에 청색 LED를 배치하고 상기 청색광을 적색, 녹색, 황색 형광체가 도포된 광확산 및 광변환시트를 통해 적색, 녹색, 황색의 면발광하여, 기존 신호등 대비 낮은 에너지 소비전력을 가지고 고효율을 낼 수 있고, 시인성이 우수하며, 내구성이 상승하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 LED 발광소자로 구성된 하부판과 광변환 및 광확산 그리고 빛반사 및 흡착방지를 위한 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 청색 LED광에 의해 광확산 및 광변환되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광확산층 및 변환시트 및 투명반사층으로 이루어진 면발광 LED 신호등의 전면판을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
상기 LED를 이용한 신호등은 운전자나 보행자에게 어떠한 정보를 제공하기 위해 도로와 인도에 설치된다.
상기 LED를 이용한 신호등 본체는 전면에 투명반사층(110, 240), 적색형광 변환시트(120), 광 확산시트(130)로 이루어진 전면판과 상기 전면판과 대치되어 후면에 형성되는 후면판으로 이루어진다.
이때, 상기 후면판의 내부에는 소정의 색을 발광하는 복수의 LED 발광소자(예: 청색 LED, 140)가 형성된다.
또한 다수의 LED 발광소자를 줄이기 위해 광학렌즈(160)을 부착시킬 수 있으며 형광체가 코팅된 필름은 적색형광변환시트(필름)(120)이나 녹색형광 변환시트(필름)(150) 또는 황색발광용 필름으로 구성된다.
또한, 상기 전면판과 부착되어 형성되며, 상기 복수의 LED 발광소자(140)에서 발광하는 소정의 색의 광을 확산시킴과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환시키는 변환시트가 포함되며 상기 복수의 LED 발광소자(140)에서 발광되는 소정의 색의 광이 상기 변환시트를 통해 확산과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환되어 조명된다.
이하 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광형 표지판 본체의 후면판에 설치된 복수의 LED 발광소자(140)을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 LED 신호등 본체의 전면판은 외부로 부터의 빛을 반사시키는 투명반사층(110)과 적색현광 변환시트(120) 및 녹색형광 변환시트(150), 광확산시트(130)을 포함하며 후면판 내부에 청색 LED 발광소자가 설치되는 것을 볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 신호등의 내부구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 복수의 청색 LED 발광소자(210)에서 발광하는 청색광은 상기 적색 형광체가 도포된 변환시트(220)에 의해 적색광(250)으로 변환되는 과정을 나타낸다.
이때 상기 청색 LED 발광소자(210)에서 발광하는 청색광은 상기 적색 형광체가 도포된 변환시트(220)에 직접 조사될 수 있으며, 필요에 따라 청색 LED 발광소자와 상기 변환시트 사이에 다수의 광섬유(미도시)를 위치시켜, 하나의 청색 LED 발광소자에서 발광되는 광을 다수의 청색광원을 분리시켜 사용할 수 있다.
이렇게 광섬유를 통해 하나의 청색 LED 발광소자를 다수개의 청색광원으로 분리하여 사용하는 경우 광의 밝기의 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 광의 경로를 쉽게 바꿀 수 있어 효율적으로 청색 LED 발광소자를 배치할 수 있는 효과가 있다.
상기 변환시트(220)는 상기 복수의 LED 발광소자(예 : 청색 LED, 210)로부터 발광되는 소정의 색의 광을 또 다른색의 광으로 변환시키기 위해 상기 확산시트(230)의 표면에 변환형광체를 구비하여 도포시켜 상기 복수의 청색 LED 발광소자(210)에서 발광되는 소정의 색의 광을 상기 변환시트(220)를 통해 확산과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환되어 조명된다.
또한, 상기 적색 형광체가 도포된 확산시트(230)의 표면은 엠보처리 혹은 입체감이 있는 패턴처리가 되어있어, 표면이 올록볼록하여 상기 복수의 청색 LED 발광소자(210)에서 발광하는 청색광의 굴절률을 높여주어 광 확산이 더 잘 되게 하는 효과를 준다.
이때, 상기 변환시트의 표면에 엠보처리 혹은 입체감이 있는 패턴처리는 상부 또는 하부 중 한 부분에만 처리되거나, 상부와 하부 두 부분 모두에 처리될 수 있다.
더불어, 상기 복수의 청색 LED 발광소자(210)는 청색광을 발광시키는 청색 LED 발광소자이며, 상기 확산시트(230)의 표면에 도포된 변환형광체는 상기 청색 LED 발광소자에서 발광되는 청색광을 각각 적색, 녹색, 황색광으로 변환시켜 조명시키는 LED용 형광체로 이루어진다.
또한, 상기 형광체가 도포된 변환시트는 폭 넓은 광배향각과 면발광 특성을 가진다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 면광원 특성이 도안된 LED신호등(310) 본체의 전면판을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 각각의 녹색면발광층(320), 황색면발광층(330), 적색면발광층(340)이 변환시트에 부착되어 형성되며 상기 발광형 표지판 본체의 하부판은 형광체를 여기 시키기 위한 청색 LED(350) 발광소자로 구성되어진다..
상기 전면판에는 신호의 표시, 기타 운전이나 보행에 필요한 다양한 종류의 정보와 같은 문자나 도형을 사용해 도안 될 수 있다.
또한, 상기 전면판에 발광형광체가 도포된 각각의 변환시트 상부에는 반사코팅제가 도포된 아크릴이나 폴리카보네이트등으로 마감된 투명반사층이 구비되어 외부충격으로부터 보호할 수 있으며, 빗물이나 눈으로 인한 가림현상 등을 방지할 수 있다.
또한, 상기 신호등은 면발광 구조를 갖는 기술로써, 시인성이 우수하며 소비전력이 낮아 고효율 특성을 갖게 된다. 또한 발열기능이 우수하여 높은 신뢰성을 갖게되어 유지 및 보수비용을 최소화 시킬 수 있는 제품이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
110 : 투명반사층 120 : 적생형광 변환시트
130 : 광확산시트 140 : 복수의 (청색) LED
150 : 녹색형광 변환시트 160 : 광학렌즈
210 : 청색 LED 발광소자 220 : 변환시트
230 : 확산시트 240 : 투명반사층
250 : 적색광
310 : 면발광 LED 신호등 320 : 적색 면발광층
330 : 황색 면발광층 340 : 적색 면발광층
350 : 청색 LED 하판

Claims (8)

  1. 정보를 제공하기 위해 도로와 인도에 설치되는 LED를 이용한 발광형 신호등에 있어서,
    상기 발광형 신호등은 전면에 신호 및 안내표시가 도안된 전면판; 과,
    상기 전면판과 대치되어 후면에 고정된 후면판; 으로 이루어진 발광형 신호등 본체; 와
    상기 후면판의 내부에 장착되어 소정의 색을 발광하는 복수의 LED 발광소자;로 이우어지며,
    상기 전면판은, 복수의 LED 발광소자에서 발광하는 소정의 색의 광을 확산시킴과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환시키는 변환시트; 를 포함하여 이루어져 상기 복수의 LED 발광소자에서 발광되는 소정의 색의 광이 상기 변환시트를 통해 확산과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환되어 면조명되는 것을 특징으로 하는 LED 신호등.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변환시트는 상기 복수의 LED 발광소자로부터 발광되는 소정의 색의 광을 또 다른 색의 광으로 변환시키기 위해 상기 변환시트의 표면에 변환형광체; 를 더 도포시켜 상기 복수의 LED 발광소자에서 발광되는 소정의 색의 광을 상기 변환시트를 통해 확산과 동시에 또 다른 색의 광으로 변환되어 점발광 LED를 면조명으로 변환하는 것을 특징으로 하는 LED 신호등.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 LED용 형광체가 도포된 변환시트의 표면에,
    특수화합물이 첨가되거나 도트나 엠보싱이나 초미세 패턴구조가 구비되어 형성됨으로써 상기 LED 발광소자로부터 발광되는 청색광의 굴절률을 높여주어 광 확산 효율을 극대화하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 LED 신호등.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전면판의 전면부에는,
    태양광을 반사시킬 수 있는 물질과 먼지흡착을 방지할 수 있으며 외부충격으로부터 보호할 수 있는 투과율이 우수한 아크릴, 폴리카보네이트이 부착된 투명반사층이 구비된 것을 특징으로 하는 LED 신호등.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 LED 발광소자는 청색광을 발광시키는 청색 LED 발광소자; 이며, 상기 변환시트의 표면에 도포된 변환형광체는 상기 청색 LED 발광소자에서 발광되는 청색광을 적색 또는 녹색 또는 황색광으로 변환시켜 조명시키는 LED용 형광체; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 신호등.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 사용되는 청색 LED는 여기원이 450~475nm 청색 파장대를 갖으며 이때 사용되는 적색, 녹색, 황색형광체는 청색에너지를 여기원으로 하여 녹색 형광체는 발광파장이 490~570nm이고, 적색 형광체는 발광파장이 615~760nm이며, 황색형광체는 발광파장이 556~595nm 인것을 특징으로 하는 LED 신호등.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 사용되는 청색 LED는 여기원이 200~420nm UV 파장대를 갖으며 이때 사용되는 적색, 녹색, 황색형광체는 UV에너지를 여기원으로 하여 녹색 형광체는 발광파장이 490~570nm이고, 적색 형광체는 발광파장이 615~760nm이며, 황색형광체의 발광파장은 556~595nm 인것을 특징으로 하는 LED 신호등
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 발광소자는 실리콘 또는 아크릴로 제작된 광학렌즈가 부착되어 사용되어진 LED 신호등
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