引言
隨著經濟的發展，生活水平的提高，人們也越來越講究生活的質量，交通作為衣食住行中的一部分，與人們的生活息息相關，改善路況，拓寬道路，鋪設高等級公路，以及小車的普及，都會導致車速提高，車流量過多的狀況。而道路交通信號燈（以下簡稱信號燈）作為一種交通信號，在交通中起著指揮和引導的作用，是一種必不可少的設施，交通信號燈性能的好壞在交通誘導中起著極其重要的作用。
1、 LED簡介
LED（Light Emitting Diode）是一種場致發光光源，是將電能直接轉化為光能的半導體器件。其電特性和普通的二極管是一致的，而其發光原理是在P-N結兩端加上正向電壓，則P區中空穴會流向N區；而N區中的電子會流向P區。然后，隨著小數載流子和我數載流子的重合放出能量；其中，一部分能量轉化為熱，另一部分轉化為光。
LED早在三十多年前就已問世，由于當時制造技術的限制，其發光亮度小，且只有紅色一種顏色，因此很長一段時間內僅用于小指示器光源和字母數字顯示器等有限領域中。隨著科學技術的發展，LED的性能逐步提高，例如光效的提高，使其發光亮度增加，過去，諸如上個世紀70年代初，GaP紅色LED光效僅為0.4lm/W ；80年代中期，AlGaAs 紅色LED光效上升到約1.1lm/w ；而90年代中期后，新材料 AlInGaP給LED技術帶來了巨大突破，使紅色和琥珀色LED的光效提高到10-20lm/W ，與目前廣泛應用于信號燈的白熾燈相近，甚至更好。隨著寬禁帶半導體材料的迅速發展，這些電子材料（主要包括SiC ZeSe 金剛石 和GaN 等）帶動了LED的進一步發展，利用GaN特有的禁帶寬度可以制作成藍色和綠色；而隨著由氣相形成的化合特半導體薄膜技術的改進，有機化學氣相沉積（MOCVD）技術取得了很大的進展，用該方法制造的LED，不僅發光強度有了顯著提高，并且增加了顏色的變化范圍，改變了LED僅有紅色系列的局面，為LED在各個領域中的進一步發展消除了一大障礙。
由于LED的光效提高到與白熾燈相近，并且增加了顏色的變化范圍，使其具有了成為信號燈光源的基礎，而其響應時間短、發熱低、能耗低以及壽命長、維護費用低等優勢，馬上使LED在信號燈中有了大量應用。隨著光學設計的不斷改善，加上LED光效不斷提高，信號燈需要使用的LED管數也從一開始的四、五百只降到現在的一百來只，甚至幾十只。
近年來，隨著大功率LED封裝技術的發展，減少LED結點與插腳間的熱阻抗，把封裝外殼做成扁平，從而通過縮短結點與插腳之間的距離，來縮短傳輸的距離。同時，引線支架的直徑更大，引腳增大，并使用熱傳導性能較好的材料制作，能使熱量更快地散發出來，使用能耐高溫的環氧樹脂，解決了高溫和散熱問題，因此可以利用大芯片進行封裝，致使其工作電流可由一般的20mA增大到 350mA、700mA甚至1000mA，其功率可以達1W、3W、甚至5W。這種封裝結構的輻射形視角很寬，不象一般LED需對由基片出射的大部分改變方向，因此該LED的光學效率也較高。因此信號燈使用的LED管數只需十幾只，甚至幾只。
2、 一般LED與大功率LED在信號燈中應用對照
① 使用材料不同：一般使用環氧樹脂作為安裝板，而大功率LED需要使用鋁基線路板（MCPCB）；
② 生產工藝不同：一般LED使用波峰焊機或手工焊均可，而大功率LED需要使用貼片焊機；
③ 配套的電子元件不同：因為焊接工藝不同，因此與一般LED配套的電子元件也是需要使用波峰焊機或手工焊的一般元件，而與大功率LED配套的電子元件都需使用貼片元件；
④ 自動化程度不一樣：由于生產工藝不一樣，貼片式生產的自動化程度高，可以使用流水化生產線，而一般LED和一般元件由于外觀、結構差異較遠，因此有相當一部分工作如插管等都需手工完成，這樣導致兩者加工所需的工時也不一樣。
⑤ 加工性能保障不一樣：由于靜電防護等措施是影響LED使用壽命的重要因素，而一般LED生產的自動化程度不高，因此靜電防護等措施比較難以實施，因此大功率LED的生產工藝比較容易保證LED的完好性能。
⑥ 集成化程度不一樣：由于大功率LED采用貼片式工藝，因此其電子元件可以高度集成化，可以把燈板和電源等都做得很少，而一般LED及其配套元件難以實現。
⑦ 結構設計要求不同：因一般LED功率小，單個LED發熱低（當然這些LED承受發熱的能力也低，散熱效果也差），而其分布在整個發光面內，因此對其散熱方面的改善措施難以實施，而大功率LED相對集中，又是使用貼片工藝安裝在鋁基板上，因此可以容易設計一些散熱器，把該燈板直接安裝在上面以改善其散熱效果；
⑧ 配光設計要求不一樣：一般LED因為使用的管數多，均勻分布在整個發光區域內，因此配光時需要針對LED一一對應，而大功率LED管數使用較少，一般300mm信號燈使用12顆甚至8顆就可達到要求，因此把整個燈板置于發光面的軸心附近，在配光時近似地當作集中光源來進行設計；
⑨ 使用效果不一樣：一般LED由于發出的光出射角上，而又分布在整個發光表面的范圍內，相互之間的間距較大，因此投射在發光表面的效果是能比較明顯地看出點狀分布的發光光源，并且由于LED光源本身光強分布中存在強弱，加上封裝中經常存在光斑不均勻，整個發光表面勢必存在明暗之分，加上配光時采用的是一一對應的方式，因此在有一個或一串LED失效的情況下，會出現暗班斑，從而影響整個信號燈的光效和圖形。而大功率LED由于相對比較集中，在配光時也近似地當作集中光源進行，因此上述缺陷均能避免；
⑩ 使用壽命不一樣：由于大功率LED具有以下特點，因此可以延長使用壽命；
a：管數少，支路少，因此容易使用支路恒流的電源，保證各個LED有著相同的供電環境，即使其中有個別失效，也不會影響到其它LED的供電電流；
b:散熱效果好，節點溫度相對就會降低，因此壽命就會延長；
c：允許工作電流較大，是一般LED的十幾倍，因此電流控制波動幾個毫安，對大功率LED根本不會造成影響，而相對一般LED，卻可能是致命的打擊，因此對電源精確控制的依賴性較小，也有利于提高壽命。
3、 大功率LED信號燈的使用現狀及應用前景
由于大功率LED的批量生產目前只有美國的LUMILEDS公司比較成熟，其發光效率可說是當前世界上最亮的產品，這種產品應用信號燈上，在國內還不普遍，而歐美大多數國家都在使用中。目前全球大規模生產該種信號燈的廠家也不多，因此，設計開發這種產品，具有國內、國際領先的地位。
最近，大功率LED信號燈產品也有向國內推廣的趨勢，國內用戶對其性能評價較高，但由于價格昂貴，用戶暫時難以接受。但在國外，據統計到2000年8月，這種產品的銷售已經超過250000個，由此看來，這種產品的使用，還是深受用戶的信賴。
雖然大功率LED在國內還沒有廠家能夠批量生產，但我們也高興地看到，有很多LED封裝廠家正在著力開發和解決這類產品的設計問題，相信不久的將來，國內將有更多的廠家、更多的產品涌入市場，打破目前的壟斷局面，這樣將來使用大功率LED信號燈取代現在一般的LED信號燈將完全可能成為現實。 |
