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R & D 배경

개요

왜 발광형 표지판이 필요한가?

  • 도로는 점진적으로 빨라지고 복잡해지지만 운전자의 지각·판단·행동 능력의 한계
  • 기술과 장비(가상정보)가 발달할수록 현실 도로정보에 대한 운전자의 인지·대처 수준 미흡
  • 고령화, 여성, 야간, 산만 운전, 기상 악화 등 도로환경, 운전자, 사회·기후 여건의 퇴보

       야간·악천 후 시점에 시지각력이 약한 운전자까지 명확히 인지할 수 있는 발광 표지 필요

발광형 표지판의 요건

  • 기상조건에 상관없이 원거리에서도 명확하게 표지판 정보를 전달
  • 눈부심, 빛 번짐, 글자 누락 등 시야 방해나 인지오류 유발 요인이 없어야 함
  • 설치가 쉽고, 내구성이 뛰어나며, 현장 유지보수 용이

발광형 표지판 설계 시 핵심 문제

  • 광원의 표지판 표면 노출(표지정보 직접 발광) 또는 프레임 직접 부착 방식 지양
  • LED 사용 최소화
  • 단순·최적화 된 컴포넌트의 조합

요건 충족을 위해 제품에 구현해야 할 핵심 기술은?

저전력 구동

설치 용이성 해결
(전기 인입 문제 해결)

발광 품질

표지판 변별력/ 주목성/ 시인성/ 판독성 획득, 눈부심/ 빛 번짐 문제 해결

내구성/안정성

유지보수 없이도 장기간 기능유지, 왜곡 없는 문양 정보 제공

유지보수성

유지보수 전 사고위험, 과다 비용,
임시철거 時 표지판 공백 문제 해결

설계문제

발광형 표지판 설계 時 문제 – 내구성/안정성/유지보수성 측면

핵심과제

  • Separate LEDs from the frame
  • Reduce LEDs being used
  • Simple Assembly of components

목적

  • 외부환경으로부터 LED 소자 보호
  • LED의 전기적 보호 저전력 구동 실현
  • 내구성/안정성 향상 유지보수성 획득

실현 방향

  • 광원의 표지판 표면 노출 또는 프레임 직결 부착 방식 지양
  • 적정 발광 성능 충족하면서도 LED 사용량은 최소화해야 함
  • 단순화, 최적화 된 각 부품 조합

Separate LEDs from the Frame

– 광원의 표지판 표면 노출 또는 프레임 직결 부착 방식 지양

  • LED는 반도체 소자라 외기 온도(55%)/습도(20%)/진동(19%)에 매우 취약
  • 특히 햇빛 직광 노출시 복사열로 인한 온도 상승으로 DAMAGE 초래. 자외선에 의한 LED 소자 표면 보호막(렌즈) 경화 현상 발생 → 투광율 급감
  • 부분적 LED 고장에 의한 문양 정보 왜곡 / 누락 발생 가능

 <그림 1> 전자소자의 고장을 유발하는 요소

 <그림 2> 온도에 따른 LED 패키지 효율

Reduce LEDs being used

– LED 사용 최소화

  • LED는 작은 전압 상승에도 급격한 소비전류 증가라는 특성을 가짐
  • 집속된 LED 소자 수가 많아지면 상당한 발열 현상 발생
  • 과전류와 발열에 의한 접합온도(Junction Temperature) 상승에 따라 광속 저하 및 수명 급감
  • 병렬 Array에서 일부  LED 고장 시 동일 배선 내 인접 LED로 고장 확산

LED의 직류 전압과 전류 사이의 관계

* 소비전류 증가시 광속유지율(소자 유효 수명)급감

과부하가 걸린 PHOSPHOR 백색 신호용 LED와 광속 유지율 사이의 관계

Simple Assembly

– 최적화 된 부품의 조합

  • 유지보수를 목적으로 지주로부터 분리 시 대체 표지판 설치는 현실적으로 어려움
  • 광원이 본체 프레임 구성부와 분리된 구조가 아니면 고장 시 표지 전체를 해체 해야함
  • 통제가 어렵고 위한 도로 상황을 감안하여 유지보수 대상 구성부가 점검창에 집결되는 구조 필요

핵심요건

표지의 정책적 효과

명확하고 일관된 표지전달

  • 교통안전표지는 규제,지시, 주의와 관련된 정보를 운전자에게 명확히 주지시켜 운전자 스스로 감속, 조향, 주의 운전을 충실히 이행하도록 해야함.

높은 수준의 표지판 품질 / 품위 유지

  • 야간 발광형 표지는 일반 표지판과 달리 발광 품질에 따라 실제 운전자가 수용하는 표지의 의미와 표지 정보에 대한 운전자 신뢰 및 존중의 정도가
    결정됨

전기적 발광에 따른 역효과 최소화

  • 발광에 따른 제반 역기능을 철저히 차단하여 총체적 정책 효과를 극대화 해야 함

GOOD

rd_good-2

BAD

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운전자의 인지

차별화된 표지판 변별력과 주목성

  • 현재 도로 여건은 다양한 유형의 다수 표지판이 설치되어 있으나 표지 정보의 중요도에 따라 우선순위를 판단할 수 있는 차별적 특성은
    표현되지 못함
  • 표지판 보다 더 밝은 상업 사인(LED 전광판 or 내부조명식 사인)이 늘어남에 따라 정착 운전자에게 가장 중요한 정보인 표지판의 주목성
    감소 현상 점증
  • 일부 발광형 표지판(LED표지or내부조명)의 경우 주변 상업 사인과 동일한 발광 방식으로 표현 됨에 따라 운전자의 충분한 주목성을 획득하기에는 변별력이 떨어짐
  • 표지판 외 사인보드 대비 명확한 변별력과 주목성을 가지는 발광 기술이 반드시 필요

충분한 표지 시인성과 문양 판독성

  • 발광각이 크면 빛 번짐도 증가하기 때문에 거리 증가에 따라 시인성과 판독성은 지속적으로 감소하고, 안개 시 산란에 의한 백시 현상 제약이
    더 취약해 짐
  • 시인성과 판독성 향상은 운전자에게 충분한 시인거리와 판독거리를 제공하여 적절한 판단과 차량 기동을 수행할 수 있도록 하는 표지판에 요구되는 가장 중요한 요건
  • 발광각이 크면 빛 번짐도 증가하기 때문에 거리 증가에 따라 시인성과 판독성은 지수적으로 감소하고, 안개 시 산란에 의한 백시 현상 제약이 더 취약해 짐

과도한 자극(눈부심)에 의한 운전시야 방해 억제

  • 표지판은 운전자가 충분한 시간 동안 그 정보를 주시하여 판독하고 적절한 판단을 할 수 있도록 해야하므로 운전자에 대한 안정적인 시지각적 정보 전달력이 가장 중요
  • 과도한 조도와 휘도에 의한 눈부심은 야간에 운전 시야를 방해하는 가장 대표적인 문제로 운전자는 표지판에서 눈길을 회피하거나 양성잔성 때문에 일시적 시력 저하 경험
  • 예로 LED 전광판은 강렬한 각 LED 소자의 불빛이 표면에서부터 직접 발산하므로 가장 강력한 눈부심(GLARE) 현상 유발, 내부조명 방식은 표지판 표면 전체 발광의 경우 양성잔상에 의한 일시적 운전 시력 저하 초래

설치와 관리

설치 용이성

  • 도로 시설 표준인 지중 매설의 경우 고비용 공사이며 사고위험이 높은 도로는 대부분 전기인입이 불가한 원격지에 산재함
  • 전기인입 이후에도 지속적인 배선망 관리와 전기 요금에 있어서 추가적인 작업과 비용 발생
  • 태양광 발전에 의한 구동이 유일한 해결 방안이며, 충분한 부조일수를 고려할 경우 극단적인 저전력 발광이라는 기술적 요건을 반드시 구현해야 함

내구성과 안정성

  • 표지 시설은 열악한 도로 환경(자외선,열기,습기,진동,바람,분진)에 노출된 상태에서도 오랜 기간 동안 특별한 고장 없이 작동 가능한 강력한
    내구성을 필요로 함
  • 기상변화에 따른 오작동, 불필요한 점멸, 발광 소자의 부분 파손 또는 성능 저하로 인한 시인성, 판독성 감소 문제없이 안정적으로 구동해야 함
  • 발광형 표지 시설은 고가이므로 최소 5년에서 10년 정도의 장기적 내구성을 갖추어야만 투자 대비 경제성을 획득할 수 있음
  • LED 사용량이 많고 LED 외부 노출 또는 프레임 직결 구조이거나 전기소모가 많고 내부 배선망이 복잡한 구조일수록 내구성과 안정성은 저하됨
  • LED 전광판이나 내부조명은 상업 사인물 제작 기술을 전용한 것으로 도로교통표지판에 요구되는 내구성과 안정성 요건을 충족하기에는 한계가 있음

유지관리 용이성 및 고장 시 대책

  • 전기적 발광 조명 시설에 있어서 전기적 고장과 정기적 LED 광원 교체를 필수적이므로 고장 발생 시 신속하고 간편한 유지보수성 지닌
    제품이어야 함
  • 도로상 작업의 어려움과 안전사고를 최소화하고 보수 목적의 탈착으로 인한 표지판 공백을 방지하기 위해서는 현장에서 즉시 조치 가능한
    제품 구조 필요
  • 광원수가 많고 표지노출 또는 프레임 직결 형태이거나 복잡합 구조와 배선 방식의 경우 현장 수리가 어렵거나 불가능하므로 광원 최소화 및
    분리 독립, 간편한 어셈블리 방향으로 제작
  • 만약의 고장 시에도 재귀반사기능은 유지되어야 하는데 LED 전광판의 경우 고장 또는 정전 시 BLANK-OUT되므로 VMS 외 표지 시설로는 부적합