简述大功率LED在号志灯中的应用

LED是一种场致发光光源，其发光原理是在P-N结两端加上正向电压，则P区中空穴会流向N区。而N区中的电子会流向P区。随着少数载流子和多数载流子的复合放出能量，其中一部分能量转化为热，另一部分能量转化为光。

LED的发光颜色决定于基体和渗杂的材料，除白光外基本上都是较纯的单色光，光色容易控制，因此可广泛地应用于各种交通号志灯、手号志灯、显示幕等。传统的铁路手持号志灯采用普通白炽灯泡或充气白炽灯泡作为光源，通过红色、绿色、黄色的聚碳酸酯滤色片产生相应的红色信号、绿色信号、黄色信号，一方面在聚碳酸酯加工成型过程中添加色粉量很难准确控制，导致产生的颜色不纯正，另一方面聚碳酸酯在长期使用后，特别是在太阳光照射下会降解发黄，影响显示出来的颜色。而且白炽灯泡使用寿命只有十几个小时，更换频繁，连续工作时间也达不到所要求的10小时以上，灯具也较重，携带不便。

目前已经有很多厂商采用红色、绿色、黄色LED作为信号光源，也有一些厂商采用多个超高亮白色LED作为白色光源，但是白光由于光效低、功率小，照度不够，因此仅能作为信号使用而不能起到工作照明作用。

由于LED的光效提高到与白炽灯相近，并且增加了颜色的变化范围，使其具有了成为号志灯光源的基础，而其回应时间短、发热低、能耗低以及寿命长、维护费用低等优势，马上使LED在号志灯中有了大量应用。随着光学设计的不断改善，加上LED光效不断提高，号志灯需要使用的LED管数也从一开始的四、五百颗降到现在的一百来颗，甚至几十颗。

大功率LED比一般LED在号志灯中应用优势：

1.使用材料不同：一般使用环氧树脂作为安装板，而大功率LED需要使用铝基线路板（MCPCB）。

2.生产工艺不同：一般LED使用波峰焊机或手工焊均可，而大功率LED需要使用贴片焊机。

3. 配套的电子元件不同：因为焊接工艺不同，因此与一般LED配套的电子元件也是需要使用波峰焊机或手工焊的一般元件，而与大功率LED配套的电子元件都需使用贴片元件。

4.自动化程度不同：由于生产工艺不同，SMD(贴片式)生产的自动化程度高，可以使用流水化生产线，而一般LED和一般元件由于外观、结构差异较远，因此有相当一部分工作如插管等都需手工完成，这样导致两者加工所需的工时也不同。

5. 加工性能保障不同：由于静电防护等措施是影响LED使用寿命的重要因素，而一般LED生产的自动化程度不高，因此静电防护等措施比较难以实施，因此大功率LED的生产工艺比较容易保证LED的完好性能。

6.整合程度不同：由于大功率LED采用贴片式工艺，因此其电子元件可以高度整合，可以把灯板和电源等都做得很少，而一般LED及其配套元件难以实现。

7. 结构设计要求不同：因一般LED功率小，单个LED发热低（当然这些LED承受发热的能力也低，散热效果也差），而其分布在整个发光面内，因此对其散热方面的改善措施难以实施，而大功率LED相对集中，又是使用贴片工艺安装在铝基板上，因此可以容易设计一些散热器，把该灯板直接安装在上面以改善其散热效果。

8.配光设计要求不同：一般LED因为使用的管数多，均匀分布在整个发光区域内，因此配光时需要针对LED做对应，而大功率LED管数使用较少，一般300mm号志灯使用12颗甚至8颗就可达到要求，因此把整个灯板置于发光面的轴心附近，在配光时近似地当作集中光源来进行设计。

9.使用效果不同：一般LED由于发出的光出射角上，而又分布在整个发光表面的范围内，相互之间的间距较大，因此投射在发光表面的效果是能比较明显地看出点状分布的发光光源，并且由于LED光源本身光强分布中存在强弱，加上封装中经常存在光斑不均匀，整个发光表面势必存在明暗之分，加上配光时采用的是一一对应的方式，因此在有一个或一串LED失效的情况下，会出现暗班斑，从而影响整个号志灯的光效和图形。而大功率LED由于相对比较集中，在配光时也近似地当作集中光源进行，因此上述缺陷均能避免。

10.使用寿命不同：由于大功率LED具有管数少，支路少，因此容易使用支路恒流的电源，保证各个LED有着相同的供电环境，即使其中有个别失效，也不会影响到其他LED的供电电流。散热效果好，节点温度相对就会降低，因此寿命就会延长。允许工作电流较大，是一般LED的十几倍，因此电流控制波动几个毫安培，对大功率LED根本不会造成影响，而相对于一般LED，却可能是致命的打击，因此对电源精确控制的依赖性较小，也有利于提高寿命，因此可以延长使用寿命。