KR20220096411A

KR20220096411A - 고출력 led를 이용한 신호등두

Info

Publication number: KR20220096411A
Application number: KR1020200188819A
Authority: KR
Inventors: 김종식; 변상철; 김광호; 윤여환; 문학룡; 이치열
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2022-07-07
Also published as: KR102488770B1

Abstract

고출력 LED를 이용한 신호등두가 제공된다. 고출력 LED를 이용한 신호등두는 내부에 전원 공급 장치가 구비되는 커버와, 전원 공급 장치와 전기적으로 연결되는 다수의 고출력 LED(Light Emitting Diode) 광원들과 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 1차 집광하는 다수의 캡 렌즈들이 배열되는 고출력 LED 광모듈과, PCB 상부에 다수의 캡 렌즈들과 이격되어 구비되며, 다수의 캡 렌즈들로부터 출력되는 광을 2차 집광하는 프레넬 렌즈와, 프레넬 렌즈의 상부에 구비되는 커버 렌즈를 포함한다.

Description

고출력 LED를 이용한 신호등두{Traffic light Using High Power LED as Light Source}

본 발명은 고출력 LED를 이용한 신호등두에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 캡 렌즈와 프레넬 렌즈를 이용하여 고출력 LED 광원의 광을 효율적으로 집광할 수 있는 고출력 LED를 이용한 신호등두에 관한 것이다.

신호등두는 2004년 착색렌즈, 전구, 소켓 및 반사경으로 이루어진 전구식 광원 신호등에서 투명렌즈와 DIP(Dual In-line Package) LED를 이용한 LED 신호등으로 교체하여 운영되고 있다.

광원으로 사용 중인 DIP LED는 전구에 비하여 저전력, 저비용, 장수명 등의 비용, 에너지 효율 및 유지 관리의 이유로 대부분의 신호등 광원 방식으로 사용되고 있다.

그러나, DIP LED는 PCB(Printed Circuit Board)에 다중 배열로 구성되어 있어 일부 DIP LED의 고장으로 인해 배열 전체에 대한 고장으로 이어지고, 이로 인해, 교통신호의 가시성이 낮아져 운전자의 주행 또는 보행자의 보행 시 안전에 영향을 줄 가능성이 높다.

이러한 위험성을 방지하기 위해 교통신호제어기를 통해 DIP LED 광모듈에 고장이 발생하였음을 자동으로 중앙교통센터에 보고하도록 설계되어 있으나, 일부 DIP LED 모듈에서 지속적인 전력 소비로 인해 오작동으로 인식되지 않는 경우가 발생하고 있다.

이러한 이유로 국제시장에서는 기존의 DIP 방식에서 밝기, 크기, 장착성, 수명, 비용에서 유리한 고출력(High Power) 방식의 LED 도입을 추진하고 있다. 따라서, 고출력 LED를 신호등에 적용하여 기존 신호등의 성능은 유지하면서 신호등과 관련된 요구조건, 성능 등을 만족시킬 수 있는 신호등두의 개발이 필요하다.

국내 공개특허 10-2010-0137218호

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고출력 LED를 이용하여 신호등 기능 구현 시 LED를 캡 형태로 둘러싸는 캡 렌즈와 프레넬 렌즈를 이용하여 빛의 분산을 방지하고 집광하여 교통신호등 기능을 제공할 수 있는 고출력 LED를 이용한 신호등두를 제시하는 데 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 고출력 LED를 이용한 신호등두는, 내부에 전원 공급 장치가 구비되는 커버; 상기 전원 공급 장치와 전기적으로 연결되는 다수의 고출력 LED(Light Emitting Diode) 광원들과 상기 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 1차 집광하는 다수의 캡 렌즈들이 배열되는 고출력 LED 광모듈; 상기 PCB 상부에 상기 다수의 캡 렌즈들과 이격되어 구비되며, 상기 다수의 캡 렌즈들로부터 출력되는 광을 2차 집광하는 프레넬 렌즈; 및 상기 프레넬 렌즈의 상부에 구비되는 커버 렌즈;를 포함한다.

상기 고출력 LED 광모듈은, PCB(Printed Circuit Board); 상기 PCB에 신호등 모델에 따라 다른 형태로 배열되는 상기 다수의 고출력 LED 광원들; 및 상기 다수의 고출력 LDE 광원들을 각각 덮는 형태로 설치되어 상기 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 집광하는 상기 다수의 캡 렌즈들;을 포함한다.

상기 다수의 캡 렌즈들 각각은, 돔 형태를 가지고, 저면에는 테두리를 따라 다수의 결합부들이 이격되어 형성되며, 상기 다수의 결합부들은 상기 고출력 LED 광원을 둘러싸도록 상기 PCB에 결합고정된다.

상기 다수의 고출력 LED 광원들은, 상기 전원 공급 장치로부터 전원이 공급되면 광을 방출하는 메인 광원들; 및 상기 메인 광원들 중 일부의 고장이 발생하면, 상기 메인 광원들을 대체하여 광을 방출하는 예비 광원들;을 포함하고, 상기 예비 광원들은 상기 메인 광원들과 동일한 형태로 배열된다.

상기 프레넬 렌즈는, 상기 고출력 LED 광모듈을 향하는 방향으로 평평한 렌즈면이 형성되고, 광출력 방향인 상기 커버 렌즈를 향하는 방향으로 다단으로 돌출된 렌즈면이 형성된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 고출력 LED를 이용한 신호등두는, 내부에 전원 공급 장치가 구비되는 커버; 상기 커버 내에 구비되고, 상기 전원 공급 장치와 전기적으로 연결되는 다수의 고출력 LED(Light Emitting Diode) 광원들과 상기 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 1차 집광하는 다수의 캡 렌즈들이 배열되는 고출력 LED 광모듈; 상기 PCB 상부에 상기 다수의 캡 렌즈들과 이격되어 구비되며, 상기 다수의 캡 렌즈들로부터 출력되는 광을 2차 집광하는 프레넬 렌즈; 상기 프레넬 렌즈의 상부에 구비되는 커버 렌즈; 및 상기 커버에 상기 고출력 LED 광모듈, 프레넬 렌즈 및 커버 렌즈가 체결 및 밀봉되도록 하는 고무링;을 포함한다.

본 발명에 따르면, 고출력(High Power) LED를 광원으로 함으로써 기존 신호등에 비해 평균적으로 소비전력을 감소시키면서, 각 LED 위치에 퍼스트 렌즈인 캡 렌즈를 설치하여 1차로 광을 집광하고, 반사경과 커버 렌즈의 체결 부분에 프레넬 렌즈를 설치하여 2차 집광함으로써 휘도와 광도 및 시인성 출력 규격을 기준을 충족하고, 차량 운전자 및 보행자에게 교통 신호 운영정보를 정확하고 안전하게 전달 하도록 시인성을 향상시켜 줄 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 기존의 LED보다 적은 개수의 고출력 LED를 구비함으로써 비용 상향은 막으면서 소비전력은 감소시켜 교통신호등 운영비용을 감소하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기본적으로 사용되는 LED의 고장 시 예비로 발광할 수 있는 예비 LED 광원을 더 구비함으로써, Lamp Fail 기능으로 신호등 소등 시 생기는 위험 및 유지보수 시간, 비용을 해결할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 LED를 이용한 신호등두의 구조를 도시한 분해 사시도,
도 2는 커버에 고출력 LED 광모듈과 프레넬 렌즈가 체결된 일부 분해 사시도,
도 3a는 210mm 차량 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 고출력 LED 광원들을 도시한 평면도,
도 3b는 210mm 차량 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 캡 렌즈들을 도시한 평면도,
도 3c는 210mm 차량 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 캡 렌즈들을 도시한 사시도,
도 4는 캡 렌즈를 도시한 사시도,
도 5a는 300mm 차량의 적색, 황색 또는 녹색 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 고출력 LED 광원들을 도시한 평면도,
도 5b는 300mm 차량 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 캡 렌즈들을 도시한 평면도,
도 6a는 300mm 차량의 화살 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 고출력 LED 광원들을 도시한 평면도,
도 6b는 300mm 차량의 화살 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 캡 렌즈들을 도시한 평면도,
도 7a는 300mm 보행 녹색 또는 적색 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 고출력 LED 광원들을 도시한 평면도,
도 7b는 300mm 보행 녹색 또는 적색 신호등 모델을 위해 PCB에 배열된 캡 렌즈들을 도시한 평면도,
도 8a는 프레넬 렌즈의 평면도를 도시한 도면, 그리고,
도 8b는 도 8a에 도시된 프레넬 렌즈를 A-A 방향으로 자른 단면도를 도시한 도면이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 신호등두(100)의 구조를 도시한 분해 사시도, 도 2는 커버(110)에 고출력 LED 광모듈(120)과 프레넬 렌즈(130)가 체결된 일부 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 고출력 LED를 이용한 신호등두(100)는 교통신호정보 표출을 위한 신호등 중 고출 LED를 광원으로 사용하여 기존의 다중 배열 DIP LED 신호등에 비해 평균적으로 소비 전력은 감소하고, 기존 신호등 고장 발생 시 가시성 저하에 의해 발생하는 안정성 및 유지관리 문제를 해결할 수 있다.

일반적으로 신호등은 역할에 따라 9가지 신호등 모델로 구분될 수 있다.

9가지 신호등 모델은 210mm 차량 적색 신호등, 210mm 차량 황색 신호등, 210mm 차량 녹색 신호등, 300mm 차량 적색 신호등, 300mm 차량 황색 신호등, 300mm 차량 녹색 신호등, 300mm 차량 화살 신호등, 300mm 보행 녹색 신호등, 300mm 보행 적색 신호등을 포함한다. 200mm와 300mm는 신호등두의 크기를 구분한 것이고, 보행 적색 신호등은 횡단보도에 설치되어 보행자를 안내하는 신호등 중 적색 신호등이고, 차량 적색 신호등은 차량을 안내하는 신호등 중 적색 신호등을 의미한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 고출력 LED를 이용한 신호등두(100)에 사용되는 표면 실장용 고출력 LED 광원(즉, LED 칩)(123)은 9가지 신호등 모델에 따라 다른 형태로 PCB(121) 위에 실장될 수 있다.

예를 들어, 210mm 차량 적색 신호등, 210mm 차량 황색 신호등, 210mm 차량 녹색 신호등의 고출력 LED 광원들은 동일한 제1형태로 배열되며, LED 색상만 다를 수 있다.

또한, 300mm 차량 적색 신호등, 300mm 차량 황색 신호등, 300mm 차량 녹색 신호등의 고출력 LED 광원들은 동일한 제2형태로 배열되며, LED 색상만 다를 수 있다.

또한, 300mm 차량 화살 신호등의 고출력 LED 광원들은 제3형태로 배열될 수 있다.

또한, 300mm 보행 녹색 신호등과 300mm 보행 적색 신호등의 고출력 LED 광원들은 동일한 제4형태로 배열되며, LED 색상만 다를 수 있다.

이를 위해, 다수의 고출력 LED 광원들(123)은 신호등 모델 별 광도와 휘도 기준을 포함하는 교통신호등 기준으로 충족하기 위해 PCB(121)에 서로 다른 형태로 배열될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 LED를 이용한 신호등두(100)는 커버(110), 고출력 LED 광모듈(120), 프레넬 렌즈(130), 커버 렌즈(140) 및 고무링(150)을 포함할 수 있다.

커버(110)는 전반적인 케이싱 역할을 하며, 내부에 전원 공급 장치(미도시), 고출력 LED 광모듈(120) 및 프레넬 렌즈(130)가 구비되고, 외부에 의한 보호막 역할을 하는 커버 렌즈(140)가 고무링(150)에 의해 가장 외부에 구비될 수 있다. 커버(110)는 교통신호등 규격에서 사용되는 반사경의 역할을 수행할 수도 있다.

전원 공급 장치(미도시)는 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 포함하여 전원을 공급할 수 있다.

고출력 LED 광모듈(120)은 전원 공급 장치(미도시)와 전기적으로 연결되는 다수의 고출력 LED 광원들(123)과 다수의 고출력 LED 광원들(123)로부터 발산되는 광을 1차 집광하는 다수의 캡 렌즈들(125)을 이용하여 신호등 모델 별로 다른 형태 또는 다른 색상으로 발광할 수 있다.

고출력 LED 광모듈(120)은 고출력 LED를 이용하므로 기존의 DIP LED 타입의 신호등보다 적은 개수의 LED를 광원으로 사용할 수 있다.

도 3a는 210mm 차량 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 고출력 LED 광원들(123)을 도시한 평면도, 도 3b와 도 3c는 210mm 차량 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 캡 렌즈들(125)을 도시한 평면도와 사시도이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 고출력 LED 광모듈(120)은 PCB(121), 다수의 고출력 LED 광원들(123) 및 다수의 캡 렌즈들(125)을 포함한다.

PCB(121)는 다수의 고출력 LED 광원들(123)로부터의 발열 문제를 해결하기 위해 메탈 기판을 사용할 수 있다.

다수의 고출력 LED 광원들(123)은 메인 광원들(123a)과 예비 광원들(123b)을 포함할 수 있다. 일반 모드에서 메인 광원들(123a)은 전원 공급 장치(미도시)로부터 전원이 공급되면 광을 방출한다.

예비 광원들(123b)은 메인 광원들(123a) 중 일부의 고장이 발생하면, 메인 광원들을 대체하여 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 메인 광원들(123a)의 광출력 중 30% 이상의 출력 손실이 발생하면 메인 광원들(123a)은 모두 소등되고, 이를 대신하여 예비 광원들(123b)이 점등될 수 있다. 이는 메인 광원들(123a) 중 일부만 점등되어 있는 경우 가시성이 저하되어 신호등 역할을 못 하기 때문이다.

또한, 다수의 고출력 LED 광원들(123)은 PCB(121)에 신호등 모델에 따라 다른 형태로 배열되어 정해진 색상의 광을 발산한다. 또한, 예비 광원들(123b)은 메인 광원들(123a)과 동일한 형태로 배열될 수 있다.

도 3a에 도시된 210mm 신호등의 경우, 다수의 고출력 LED 광원들(123) 중 7개의 메인 광원들(123a)은 원 형태로 배열되며, 7개의 예비 광원들(123b)은 메인 광원들(123a)의 주변에 원 형태로 배열될 수 있다. 7개라는 개수와 원 형태는 일 예로서 교통신호등 규격을 준수하는 범위 내에서 개수 조절 또는 배열 형태 변경이 가능하다.

또한, 다수의 메인 광원들(123a)과 다수의 예비 광원들(123b)마다 제너 다이오드가 병렬 연결될 수 있다. 이러한 경우, 다수의 메인 광원들(123a) 중 하나가 고장나면, 고장된 메인 광원으로 공급되는 전원은 병렬 연결된 제너 다이오드로 공급되며, 이로 인한 LED 순방향 전압 변화를 전원 공급 장치가 검지하고, 전압의 전체 변화량이 기설정된 기준 변화량(예를 들어, 30%) 이상이면 다수의 메인 광원들(123a) 모두를 오프(off)시키고, 예비 광원들(123b)로 전원을 공급할 수 있다.

또한, 다수의 예비 광원들(123b)에도 제너 다이오드(미도시)가 병렬 연결될 수 있다. 이러한 경우, 다수의 예비 광원들(123b) 중 하나가 고장나면, 고장된 예비 광원으로 공급되는 전원은 직렬 연결된 다른 예비 광원으로 공급되지 않고 병렬 연결된 제너 다이오드로 공급됨으로써 다른 예비 광원들의 고장을 방지할 수 있다.

다수의 캡 렌즈들(125)은 도 3b 및 도 3c에 도시된 것처럼, 다수의 고출력 LED 광원들(123)을 각각 덮는 형태로 설치되어 다수의 고출력 LED 광원들(123)로부터 발산되는 광을 1차 집광할 수 있다.

또한, 다수의 캡 렌즈들(125)도 다수의 고출력 LED 광원들(123)과 동일하게 메인 캡 렌즈들(125a)과 예비 캡 렌즈들(125b)로 나뉠 수 있다.

도 4는 캡 렌즈(125)를 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 다수의 캡 렌즈들(125) 각각은 렌즈부(410)와 다수의 결합부들(420)을 포함한다.

렌즈부(410)는 돔 형태를 가지고, 내부는 고출력 LED 광원(123)을 이격된 상태에서 에워싸도록 비어있을 수도 있다.

렌즈부(410)의 재질은 PMMA(Poly methyl methacrylate) 수지인 아크릴로서, 고출력 LED 광원(123)의 위에 설치되어 기존의 DIP LED의 발산각보다 넓은 각도로 발산되는 광을 1차적으로 집광하고 투과율을 향상시켜 교통신호등의 휘도비 및 광도 규격을 충족시키도록 할 수 있다.

다수의 결합부들(420)은 렌즈부(410)의 저면에 테두리를 따라 이격되어 형성되며, 고출력 LED 광원(123)을 둘러싸도록 PCB(121)에 결합고정될 수 있다.

300mm 차량 적색 신호등, 300mm 차량 황색 신호등, 300mm 차량 녹색 신호등, 300mm 차량 화살 신호등, 300mm 보행 녹색 신호등 및 300mm 보행 적색 신호등에 구비되는 고출력 LED 광모듈(120)은 도 3a 내지 도 3c를 설명한 210mm 차량 신호등과 배열만 다르므로 상세한 설명은 생략한다.

도 5a는 300mm 차량의 적색, 황색 또는 녹색 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 고출력 LED 광원들(123)을 도시한 평면도, 도 5b는 300mm 차량 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 캡 렌즈들(125)을 도시한 평면도이다.

도 5a를 참조하면, 300mm 차량 적색, 황색 또는 녹색 신호등 모델을 위해 메인 광원들(123a) 중 일부는 PCB(121)의 가운데에 원형으로 배열되고, 나머지는 PCB(121)의 외곽에 일정하게 배열된다. 예비 광원들(123b) 역시 메인 광원들(123a)과 나란히 배열되며, 메인 광원들(123a)과 예비 광원들(123b)는 교차 배치될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 다수의 캡 렌즈들(125) 중 메인 캡 렌즈들(125a)은 메인 광원들(123a)을 둘러싸도록 구비되고, 예비 캡 렌즈들(125b)은 예비 광원들(123b)을 둘러싸도록 구비된다.

도 6a는 300mm 차량의 화살 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 고출력 LED 광원들(123)을 도시한 평면도, 도 6b는 300mm 차량의 화살 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 캡 렌즈들(125)을 도시한 평면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 300mm 차량 화살 신호등 모델을 위해 메인 광원들(123a)과 메인 캡 렌즈들(125a) 중 일부는 PCB(121)의 반지름 방향으로 꺽쇠 형태로 배열되고, 나머지는 PCB(121)의 반원 형태로 배열된다. 예비 광원들(123b)과 예비 캡 렌즈들(125b) 역시 메인 광원들(123a)과 메인 캡 렌즈들(125a)과 대응되게 배열될 수 있다.

도 7a는 300mm 보행 녹색 또는 적색 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 고출력 LED 광원들(123)을 도시한 평면도, 도 7b는 300mm 보행 녹색 또는 적색 신호등 모델을 위해 PCB(121)에 배열된 캡 렌즈들(125)을 도시한 평면도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 300mm 보행 신호등 모델을 위해 메인 광원들(123a)과 메인 캡 렌즈들(125a) 중 일부는 PCB(121)의 내부에 원형으로 배열되고, 나머지는 PCB(121)의 외곽에 3등분되어 배열된다. 예비 광원들(123b)과 예비 캡 렌즈들(125b) 역시 메인 광원들(123a)과 메인 캡 렌즈들(125a)과 나란히 배열된다.

도 3a 내지 도 7b를 참조하여 설명한 신호등 모델 별 고출력 LED 광모듈(120)에서 사용되는 LED 광원의 개수와 배열 형태는 도시된 예에 한정되지 않으며 변경가능하다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 프레넬 렌즈(130)는 PCB(121)의 상부에 다수의 캡 렌즈들(125)과 이격되어 구비되며, 다수의 캡 렌즈들(125)로부터 출력되는 광을 2차 집광할 수 있다.

도 8a는 프레넬 렌즈(130)의 평면도를 도시한 도면, 도 8b는 도 8a에 도시된 프레넬 렌즈(130)를 A-A 방향으로 자른 단면도를 도시한 도면이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 프레넬 렌즈(130)의 양면 중 고출력 LED 광모듈(120)을 향하는 방향의 면은 평평한 렌즈면이 형성되고, 광이 방출되는 방향인 커버 렌즈(140)를 향하는 방향의 면은 다단으로 돌출된 렌즈면이 형성되어 광을 집광할 수 있다.

자세히 설명하면, 프레넬 렌즈(130)의 광출력 방향에 해당하는 면은 톱니 형태로 돌출되어 있으며, 중심에서 가장자리로 갈수록 톱니(또는 다단)의 간격은 조밀해지며, 톱니의 기울기도 중심에서는 바닥과 수평을 이루거나 5도 이하의 완만한 각도를 가지며 가장자리로 갈수록 점점 커진다. 이런 톱니(또는 다단)의 크기, 간격, 기울기 등은 LED 광원들(123)로부터 방출되는 광을 교통신호등 규격에 맞게 방사 또는 집광하기 위해 정해진 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 프레넬 렌즈(130)는 PMMA 수지의 아크릴 재질로서, 고출력 LED 광모듈(120)을 통해 발산되는 빛의 집광과 투과율을 우수하게 하며, 초점거리는 300mm로 외부 커버(110)에 휘도균일도와 광도를 충족시키는 상이 맺히게 할 수 있다. 프레넬 렌즈(130)는 볼트를 이용하여 커버(110)에 체결될 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 커버 렌즈(140)는 내부 면에 태양광에 의한 눈부심 현상인 썬팬텀 현상을 방지하고, 외부로 출력되는 광을 분산시키기 위한 패턴이 형성되는 볼록 렌즈이다.

커버 렌즈(140)는 폴리카보네이트 재질로 원형의 볼록한 형태를 이루며 내부 안쪽 면에 패턴이 들어가 출력되는 광의 시인성을 높이고 기존 DIP LED 신호등의 렌즈를 통해 출력되는 신호보다 내부의 패턴 형상으로 출력되는 빛을 분산시켜 심미성을 높일 수 있다.

커버 렌즈(140)는 프레넬 렌즈(130)의 상부, 그리고, 신호등두(100)의 최종부에 구비되며, 볼트를 이용하여 커버(110)에 설치된 후 고무링(150)을 이용하여 체결될 수 있다. 따라서, 커버 렌즈(140)는 외부 환경으로 인한 내부 오염 및 훼손을 방지하고 투명 렌즈를 채택하여 상술한 썬팬텀 현상을 방지할 수 있다.

고무링(150)은 커버(110)에 고출력 LED 광모듈(120), 프레넬 렌즈(130) 및 커버 렌즈(140)가 체결 및 밀봉되도록 한다.

한편, 이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 신호등두
110: 커버
120: 고출력 LED 광모듈
121: PCB
123: 고출력 LED 광원
123a: 메인 광원
123b: 예비 광원
125: 캡 렌즈
125a: 메인 캡 렌즈
125b: 예비 캡 렌즈
130: 프레넬 렌즈
140: 커버 렌즈
150: 고무링

Claims

내부에 전원 공급 장치가 구비되는 커버;
상기 전원 공급 장치와 전기적으로 연결되는 다수의 고출력 LED(Light Emitting Diode) 광원들과 상기 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 1차 집광하는 다수의 캡 렌즈들이 배열되는 고출력 LED 광모듈;
상기 PCB 상부에 상기 다수의 캡 렌즈들과 이격되어 구비되며, 상기 다수의 캡 렌즈들로부터 출력되는 광을 2차 집광하는 프레넬 렌즈; 및
상기 프레넬 렌즈의 상부에 구비되는 커버 렌즈;
를 포함하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.
제1항에 있어서,
상기 고출력 LED 광모듈은,
PCB(Printed Circuit Board);
상기 PCB에 신호등 모델에 따라 다른 형태로 배열되는 상기 다수의 고출력 LED 광원들; 및
상기 다수의 고출력 LDE 광원들을 각각 덮는 형태로 설치되어 상기 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 집광하는 상기 다수의 캡 렌즈들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.
제2항에 있어서,
상기 다수의 캡 렌즈들 각각은,
돔 형태를 가지고, 저면에는 테두리를 따라 다수의 결합부들이 이격되어 형성되며, 상기 다수의 결합부들은 상기 고출력 LED 광원을 둘러싸도록 상기 PCB에 결합고정되는 것을 특징으로 하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.
제2항에 있어서,
상기 다수의 고출력 LED 광원들은,
상기 전원 공급 장치로부터 전원이 공급되면 광을 방출하는 메인 광원들; 및
상기 메인 광원들 중 일부의 고장이 발생하면, 상기 메인 광원들을 대체하여 광을 방출하는 예비 광원들;을 포함하고,
상기 예비 광원들은 상기 메인 광원들과 동일한 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.
제1항에 있어서,
상기 프레넬 렌즈는,
상기 고출력 LED 광모듈을 향하는 방향으로 평평한 렌즈면이 형성되고, 광출력 방향인 상기 커버 렌즈를 향하는 방향으로 다단으로 돌출된 렌즈면이 형성되는 것을 특징으로 하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.
내부에 전원 공급 장치가 구비되는 커버;
상기 커버 내에 구비되고, 상기 전원 공급 장치와 전기적으로 연결되는 다수의 고출력 LED(Light Emitting Diode) 광원들과 상기 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 1차 집광하는 다수의 캡 렌즈들이 배열되는 고출력 LED 광모듈;
상기 PCB 상부에 상기 다수의 캡 렌즈들과 이격되어 구비되며, 상기 다수의 캡 렌즈들로부터 출력되는 광을 2차 집광하는 프레넬 렌즈;
상기 프레넬 렌즈의 상부에 구비되는 커버 렌즈; 및
상기 커버에 상기 고출력 LED 광모듈, 프레넬 렌즈 및 커버 렌즈가 체결 및 밀봉되도록 하는 고무링;
을 포함하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.
제6항에 있어서,
상기 고출력 LED 광모듈은,
PCB(Printed Circuit Board);
상기 PCB에 신호등 모델에 따라 다른 형태로 배열되는 상기 다수의 고출력 LED 광원들; 및
상기 다수의 고출력 LDE 광원들을 각각 덮는 형태로 설치되어 상기 다수의 고출력 LED 광원들로부터 발산되는 광을 집광하는 상기 다수의 캡 렌즈들;을 포함하는 것을5321
특징으로 하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.
제7항에 있어서,
상기 다수의 캡 렌즈들 각각은,
돔 형태를 가지고, 저면에는 테두리를 따라 다수의 결합부들이 이격되어 형성되며, 상기 다수의 결합부들은 상기 고출력 LED 광원을 둘러싸도록 상기 PCB에 결합고정되는 것을 특징으로 하는 고출력 LED를 이용한 신호등두.