R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C152269-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 도로교통 안전 및 자율주행차 인지 성능 향상을 위한 자체 발광 안내 표지판 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-19 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 윤대호 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
14명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 271,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 271,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 490,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 490,000,000 원 |
|||
| 연구기관명 | 성균관대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
* 본 기술은 자체 발광형 소재를 기본으로 한 것임. 이 물질은 초기에 황화물계의 형광체로 많이 사용되었지만 폐기처분이 어렵고 화학안정도가 떨어진다는 단점을 가지고 있기 때문에 다른 대체물질 연구가 많이 진행되어 왔음. * 최근에 사용되고 있는 안내표지판 및 차선의 경우 반사필름을 부착 하거나 글라스 비드를 첨가하여 만들어지는데 이러한 경우 어두운 밤, 우천 시 또는 안개가 짙은 상황일 때 자동차의 헤드라이트가 비나 안개 따위에 가려져 시야에 표지판 및 차선의 시인성을 확보하는 것을 방해함. 본 기술에서 개발된 자체 발광형 소재를 접목시킬 경우에 어두운 밤에도 자체에서 발광을 유지하고 있기 때문에 운전자가 시인성을 확보할 수 있도록 도움을 줄 수 있는 이점을 지님. * 현재까지 국내·외 많은 연구소 및 기업체에서 자체 발광형 소재의 기술은 발광 효율 및 잔광 시간 개선 쪽으로 개발을 해왔으며 이를 이용한 활용 기술에 대해서도 연구가 진행되어 왔음. 하지만 국내에서는 아직까지 자체 발광형 소재 분말 자체의 기술이 일본 NEMOTO사에 대비하여 효율이 많이 떨어지고 이를 활용하는 기술 또한 국외에 비하여 현저히 떨어지는 문제가 있음. * 기존에 많은 연구기관과 기업에서 합성법으로 가장 많이 사용하고 있는 고상법은 형광체 크기의 불 균일, 장치구성 및 다성분계 합성 등의 어려움을 가지고 있고 또한, 여전히 균일한 입자크기, 고휘도화 및 잔광수명, 다성분계 합성 등의 요건들을 만족하는 형광체의 제조는 해당 연구 분야에 있어 중요한 과제 또는 기술적 장애로써 남아있음. * 현재 대다수의 운전자들이 교통 환경상 악조건(안개, 우천, 외곽)에 의해 차선, 시설물 그리고 도로 교통 안내 표지판 등을 인지하는데 있어서 어려움을 겪고 있음. * 야간 주행시 전조등의 도움으로 어느 정도의 표지판 및 차선을 인식할 수 있으나 먼 거리의 시설물이 보이지 않는 문제로 정확한 교통 정보를 운전자에게 인식시킬 수 없는 문제를 가지고 있으며, 이로 인해 안정감을 제공하지 못함. * 우천시 설치된 가로등이 주행 경로를 어느 정도 안내를 해주는 역할을 하고 있으나, 도로 내에 주행 중인 타 차량의 전조등에 의해 혼란을 겪게 되고 가로등과 같은 색을 갖는 백색 차선을 인지하는데 어려움을 겪게 됨. * 일반적으로 도로에서 흔히 볼 수 있듯이 점등식 조형물과 표지판형태로 운전자들 및 보행자들에게 도로 정보를 제공하고 있음. * 사용되는 점등식 조형물의 경우 전력 공급을 위한 추가 설비와 이 후 꾸준한 유지보수가 필요하므로 비용에 있어서 큰 단점을 지님. * 기존 자체 발광형 소재는 수입에 의존하고 있어 높은 단가와 그에 따라 적용범위 확대에 어려움을 겪고 있지만, 저렴한 원료 소재의 수입과 자체적인 자체 발광형 소재 생산기술 확보를 통한 단가 절감은 도로 안전 분야를 포함한 적용 범위 확대 또한 가능할 것으로 판단되어 기존 시장 확대 및 경제성 확보가 가능할 것임. * 자체 발광형 소재의 단가 중 높은 부분을 차지하는 희토류 원소의 경우 Europium nitrate와 Dysprosium nitrate는 각각 Kg당 34,592천원, 2,225천원으로 매우 높은 가격이 형성되어 있으나 해당 원료를 중국 등의 국가에서 Europium nitrate와 Dysprosium nitrate을 각각 Kg당 567천원, 283천원(Alibaba 기준)으로 저렴한 가격을 수입이 가능해 저렴한 원료 가격을 바탕으로 자체적으로 자체 발광형 소재를 생산한다면 높은 수준으로 소재 원가 절감이 가능함 * 현재 사용되는 표지판 및 차선은 재귀반사 원리로 입사된 빛을 반사시켜 운전자가 차선을 인지할 수 있게 하지만 악조건에서는 입사되는 빛이 적어지기 때문에 차선 안내가 어려워지고, 자체 발광의 특성을 갖는 소재를 접목시킨다면 악조건에서도 운전자에게 교통정보를 명확하게 안내할 수 있는 이점을 지닐 수 있음. * 본 연구팀은 자체발광 안전 표시의 개발에 대한 필요성을 알아보기 위해서 창원 대학교 내에서 2018년 10월 19일부터 약 5일간 현장성 평가를 진행하였으며 또한 자율주행 자동차의 차선 인식성 향상을 위한 시인성이 뛰어난 차선의 개발에 대한 설문조사를 진행해본 결과 총 500명중 455명이 자체발광 안전 표시개발에 대해서 찬성을 함. * 운전자들에 대한 설문조사의 경우 도심보다는 외곽의 고속도로나 지역 등의 경우 악조건(비, 눈, 안개) 환경에서 주행이 힘들 때가 많고 기존에 설치된 안내표지판 및 차선이 제대로 된 역할을 하지 못한다는 의견과 함께 시인성이 뛰어난 차선의 개발에 대해서 긍정적인 의견을 나타냄. [최종목표] * 본 연구팀에선 공정개선을 통하여 황화물계, 산화물계 형광체 보다 안정성이 뛰어난 자체 발광형 소재를 개발하였으며. 이러한 자체 발광형 소재는 항공기 피난 유도 표시판, 야간 안전 표시판, 위조지폐 방지기술, 비상구 안내 표시 등 폭넓게 적용되고 있음. 또한, 안전 표시뿐만 아니라 자율주행 자동차에 차선 인식성 향상을 위해 시인성이 뛰어난 차선의 개발이 필요해지고 있는 시점으로 이에 본 기관은 “도로교통 안전 및 자율주행차 인지 성능 향상을 위한 자체 발광 안내 표지판 개발” 을 제안하고자 함. * 본 연구팀은 사회이슈 해결을 위해 자연광원인 태양빛이나 인공광원인 전등 등의 자극을 받아 에너지를 흡수한 후 그 자극을 제거하여도 어두운 곳에서 장시간 스스로 빛을 발하는 고안정성의 고효율 자체발광 소재 합성을 기본으로 하며, 이 소재를 도로교통 안전에 기여할 수 있는 안내 표지판, 차선 도료 등의 제품화를 하는 것을 목표로 함. * 본 연구팀에서는 개발하는 여러 파장 영역의 자체 발광형 소재들의 목록과 특성들을 포함하는 라이브러리를 구축하고, 이를 활용하여 적용 분야별 제품화에 적극 활용 및 실증 테스트를 목표로 함. [연구내용 및 범위] * 고효율 가시광 영역 자체 발광형 소재 개발 - 기존 개발되어 상용화 되어있는 자체 발광형 소재는 대부분 녹색 기반의 제품으로 특유의 색상으로 인하여 다양한 분위기에 맞추어 사용하기 어려움 - 가시광 영역의 자체 발광형 소재는 개발 수준에 한계가 존재하여 상용화되기에 기술 수준이 낮으며 공부활제를 통한 특성 향상이 많이 보고되고 있어 그에 따른 조합의 다양성으로 인해 라이브러리 구축에 인력과 연구비가 필요함 - 본 연구팀에서는 기존 보유한 고효율 자체 발광형 소재 합성 기술을 참여 기관의 시뮬레이션 기술과 연계하여 높은 소재 탐색 효율을 기반으로 한 라이브러리 구축을 제안함 * 소재 안정성 및 특성 향상을 통한 적용 범위 확대 - 소재의 제품으로의 적용을 위해서는 외부 환경에 대한 안정성 또는 내화학성을 지녀 긴 수명을 지녀야 하지만, 자체 발광형 소재의 경우에는 낮은 안정성을 보여 외부 조건에 적용하기에 적절하지 않음 - 시제품을 제작하기에 앞서 소재의 안정성에대한 연구 또한 필수적으로 선결 되어야 하지만 그에 대한 연구는 미흡하여 기술 개발이 요구되고 있음 - 한국 광기술원이 보유하고 있는 표면 코팅 기술을 적용하여 개발 소재의 안정성을 확보하고 그에 따라 자체 발광형 소재의 적용 범위의 확대가 가능할 것으로 기대함 * 도로교통안전 향상을 위한 안내표지 및 도료 개발 - 야간 또는 우천 주행 시 차선 시인성에 대한 이슈가 언급됨에 따라서 자체 발광형 도료 개발이 주목받고 있으며 동시에 자율 주행차 분야에서도 센서의 차선 인식률 향상을 위해서 자체 발광형 도료의 필요성이 회자되고 있음 - 전력이 차단된 상태에서도 방향을 지시해줄 수 있는 자체 발광형 안내 표지 또한 하나의 중요한 이슈로써, 도로 교통안전을 포함한 많은 사회 분야에서 요구하는 기술임 - 자체적으로 시작품을 제작할 예정이며 기관간의 긴밀한 피드백을 통하여 소재의 표면처리 및 분산성 향상 등의 특성 향상을 꾀하여 신뢰성 또한 확보할 수 있을 것으로 기대됨 - 최종 시작품으로 설정된 제품인 자체 발광형 도료와 안내 표지는 구축한 라이브러리를 기반으로 각각 적용되는 분야에 높은 효율과 적절성을 가질 수 있는 소재를 선정(ex. 도로 근처 적용 소재에는 자동차 헤드램프에 여기 될 수 있는 소재 선정)하여 시작품을 제작하고 실증 평가를 통해 특성을 평가할 계획임 * 주관연구기관 (성균관대학교) 1차년도 - 호스트와 doping 및 co-doping 연구를 통한 핵심 자체 발광형 소재 라이브러리 구축 - 자체 발광형 소재의 합성 및 특성 평가 2차년도 - 자체 발광형 소재 합성공정 조건 최적화 및 효율 향상 - 형광소재의 특성 평가를 통한 피드백 3차년도 - 안내판 적용을 위한 혼합 공정 시 자체발광형 소재의 균일도 향상 기술 개발 - 참여 기관과 긴밀한 연계를 통한 시작품 개발 참여 * 참여기관 1 (한국광기술원) 1차년도 - 형광소재의 광학적 시뮬레이션 및 평가 - 적용분야에 따른 재료의 적합성 검토 및 적합한 안내판 종류 선정 2차년도 - 자체 발광형 소재 코팅 기술 개발 - 형광소재의 광학적 특성 평가 - 목표에 따른 적합한 안내판 디자인 및 시작품 제작 3차년도 - 형광소재의 광학적 시뮬레이션 테스트 베드 구축 - 자체 발광형 소재 기반 혼합물 최적화 및 시작품 특성 평가 |
|||||
| 색인어 | 한글 | 자체발광소재 | 안내표지판 | 자율주행자동차 | 시인성 | 도로교통안전 |
| 영문 | Self-emission material | Guide signs | Autonomous vehicle | Visibility | Road traffic safety | |
| 최종보고서 | 2. [성균관대(광기술원)]최종보고서_보완.pdf | |||||