摘要：本文介紹了道路交通信號燈的發(fā)展趨勢，并著重討論了大功率LED用作信號燈光源的優(yōu)勢和前景。
關(guān)鍵詞：大功率 LED 效率 壽命
引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的提高，人們也越來越講究生活的質(zhì)量，交通作為衣食住行中的一部分，與人們的生活息息相關(guān)，改善路況，拓寬道路，鋪設(shè)高等級公路，以及小車的普及，都會導(dǎo)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(dǎo)的作用，是一種必不可少的設(shè)施，交通信號燈性能的好壞在交通誘導(dǎo)中起著極其重要的作用。
1.LED簡介
LED（Light Emitting Diode）是一種場致發(fā)光光源，是將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。其電特性和普通的二極管是一致的，而其發(fā)光原理是在P-N結(jié)兩端加上正向電壓，則P區(qū)中空穴會流向N區(qū)；而N區(qū)中的電子會流向P區(qū)。然后，隨著小數(shù)載流子和我數(shù)載流子的重合放出能量；其中，一部分能量轉(zhuǎn)化為熱，另一部分轉(zhuǎn)化為光。
LED早在三十多年前就已問世，由于當(dāng)時制造技術(shù)的限制，其發(fā)光亮度小，且只有紅色一種顏色，因此很長一段時間內(nèi)僅用于小指示器光源和字母數(shù)字顯示器等有限領(lǐng)域中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED的性能逐步提高，例如光效的提高，使其發(fā)光亮度增加，過去，諸如上個世紀(jì)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(shù)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(yīng)用于信號燈的白熾燈相近，甚至更好。隨著寬禁帶半導(dǎo)體材料的迅速發(fā)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(jìn)一步發(fā)展，利用GaN特有的禁帶寬度可以制作成藍(lán)色和綠色；而隨著由氣相形成的化合特半導(dǎo)體薄膜技術(shù)的改進(jìn)，有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)取得了很大的進(jìn)展，用該方法制造的LED，不僅發(fā)光強(qiáng)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(lǐng)域中的進(jìn)一步發(fā)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(chǔ)，而其響應(yīng)時間短、發(fā)熱低、能耗低以及壽命長、維護(hù)費用低等優(yōu)勢，馬上使LED在信號燈中有了大量應(yīng)用。隨著光學(xué)設(shè)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(shù)也從一開始的四、五百只降到現(xiàn)在的一百來只，甚至幾十只。
 近年來，隨著大功率LED封裝技術(shù)的發(fā)展，減少LED結(jié)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(jié)點與插腳之間的距離，來縮短傳輸?shù)木嚯x。同時，引線支架的直徑更大，引腳增大，并使用熱傳導(dǎo)性能較好的材料制作，能使熱量更快地散發(fā)出來，使用能耐高溫的環(huán)氧樹脂，解決了高溫和散熱問題，因此可以利用大芯片進(jìn)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(dá)1W、3W、甚至5W。這種封裝結(jié)構(gòu)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(xué)效率也較高。因此信號燈使用的LED管數(shù)只需十幾只，甚至幾只。
2.一般LED與大功率LED在信號燈中應(yīng)用對照
① 使用材料不同：一般使用環(huán)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(chǎn)工藝不同：一般LED使用波峰焊機(jī)或手工焊均可，而大功率LED需要使用貼片焊機(jī)；
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(jī)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(chǎn)工藝不一樣，貼片式生產(chǎn)的自動化程度高，可以使用流水化生產(chǎn)線，而一般LED和一般元件由于外觀、結(jié)構(gòu)差異較遠(yuǎn)，因此有相當(dāng)一部分工作如插管等都需手工完成，這樣導(dǎo)致兩者加工所需的工時也不一樣。