專利名稱：發光二極管交通信號燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采用發光二極管作光源的交通信號燈。
目前公路和鐵路的交通指揮、調度信號全部采用傳統白熾燈源，通過濾色變為有色光。白熾燈的致命弱點是能耗高、光效低、壽命短、發熱量大、質地脆弱易損、不安全因素多、更換頻繁、維護工作量大。有關數據表明白熾燈的平均使用壽命，用于民品的僅300小時左右，車輛上使用的能到400多小時，用于河海航道指揮和標識信號的不超過500小時。公路和鐵路交通指揮、調度信號需要不間斷連續閃爍，天天如此，年年如此，即使是優質燈泡，每天這樣連續閃爍8個小時，最多也只能堅持100天。機動車使用著大量的有色信號，由于顛簸會影響燈泡的使用壽命，機動車頻繁更換白熾燈已是司空見慣的事。
對于必須使用白色燈光的場合，為避開白熾燈的諸多缺陷，社會各界正在或已經采用更好的節能高效新光源，如碘鎢燈、日光燈等優質光源。那么對于大量使用有色燈光的場合，是否只有“白熾燈+濾色罩”一條路呢？當然不是。
自從超高亮度LED發光二極管面世，由于它特有的光譜、光強和顯著的低能耗特點，很快被需要光電顯示的各個領域廣泛應用。但在許多領域，如公鐵路交通指揮和調度信號、河海航道指揮和標識信號、各種發光標志牌、機動車輛標志燈等領域，卻遲遲沒能應用起來。究其原因，主要是發光強度不夠和成本太高。
經過對國內外交通信號燈制造技術的了解，已知目前有用LED做光源的同類產品在試用，但都是采用LED密集排列的方式制作的，它們只能機械地解決光強問題，解決不了阻礙產品進一步推廣應用的制造成本問題，也很難適應不同場合下對視角的要求。如傳統公路交通信號燈的售價不過幾百元，而一個密集排列LED的Φ300mm公路交通信號燈，使用LED的數量達570多只，僅制造費就接近2000元。而且這500多只LED串聯連接，只要其中有一只意外損壞，就會造成大片不亮。從可靠性角度講，原來白熾燈只裝一只，一只損壞，全燈不亮，現在是一只LED不亮，大片不亮，同樣需要維護。假設原來的可靠性為100％，現在意外損壞的機會增加了500倍，可靠性僅為原來的1/500，即0.2％。因此這種LED公路交通信號燈離推廣使用還存在很大的距離。
鑒于上述，本實用新型將提供一種光強足、成本低、視角大的發光二極管交通信號燈，它能滿足交通信號對光強、光譜、射距、射角等方面的特殊要求。
為達到以上目的，本實用新型采用以下方案一種發光二極管交通信號燈，包括燈殼、壓圈、密封圈、透光罩、電路板、發光二極管陣列，所述發光二極管固定在所述電路板上，所述電路板裝在所述燈殼內，所述壓圈固定在所述燈殼的前端面上并將所述透光罩與所述燈殼扣合，所述密封圈置于所述透光罩和所述燈殼的扣合面之間，其特征在于它還包括密集排列的號筒式藏光反射筒，其中所述透光罩為具有駐光作用和漫散射作用的透光罩；每個藏光反射筒內設置一個所述的發光二極管，其底端與所述電路板連接，每個藏光反射筒的大端相互聯結，形成蜂窩狀；所述電路板上的電路由整流電路、調壓電路和發光二極管陣列電路依次串接構成，發光二極管陣列電路由各發光二極管單元電路組成。
發光二極管的主光束無任何阻擋直射透光罩，主光束邊緣的余散光經藏光反射筒的多次反射，最后仍以不同角度落在透光罩上與主光束疊加，使通過透光罩的光強增大；由于透光罩的駐光作用，疊加光線通過透光罩的同時，使透光罩上能產生駐光作用的微粒子變亮，整個透光罩變亮而產生透光罩發光的視覺效果，而且光線柔和、連成一片，使得視角增大。
由于采用了反射筒和具有駐光作用的透光罩，使得LED的光強和視角都得到增大，因此可使用較少的LED來構成交通信號燈，進而使成本大大下降。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作詳細說明。


圖1和圖2是本實用新型的結構圖；圖3是紅黃蘭燈電路圖；圖4是綠燈電路圖。
請參見圖1和圖2，本實用新型包括燈殼1、壓圈2、密封圈5、透光罩4、電路板6、密集排列的號筒式藏光反射筒3和由發光二極管7構成的發光二極管陣列。發光二極管7固定在電路板6上，電路板6裝在燈殼1內，壓圈2固定在燈殼1的前端面上并將透光罩4與燈殼1扣合，密封圈5置于透光罩4和燈殼1的扣合面之間。其中每個藏光反射筒3內設置一個發光二極管7，反射筒的底端與電路板6連接，其大端從圓錐過渡到正六邊形，各個反射筒的大端相互聯結，形成圖2所示的蜂窩狀。
透光罩4采用具有駐光作用和漫散射作用的透光罩，它有固定的安裝方向和一定的曲率要求，以達到信號燈的視角要求。號筒式藏光反射筒3的小端與電路板6連接處可具有一定曲率過渡。號筒式藏光反射筒3的錐度和長度根據發光二極管7的光線射角大小來確定，號筒式藏光反射筒3和透光罩4之間的距離根據不同應用場合對視覺的要求而定。燈殼1、壓圈2、密封圈5可實現信號燈與外界空間的隔離，以達到防塵防水的目的。
發光二極管7發出的主光束無任何阻擋直射透光罩4，主光束邊緣的余散光經號筒式藏光反射筒3的多次反射，最后仍以不同角度落在透光罩4上與主光束疊加，通過這種疊加、折射、反射，使通過透光罩4的光強增大。由于透光罩4的駐光作用，疊加光線通過透光罩4的同時，使透光罩4上能產生駐光作用的微粒子變亮，于是整個透光罩變亮而產生透光罩發光的視覺效果，而且光線柔和、連成一片，使得視角增大。
請參閱圖3，電路板上的電路由整流電路、調壓電路和發光二極管陣列電路依次串接構成。B1構成整流電路。三極管T01～T03構成自動調壓電路，調整信號來自光敏器件RL1，當外部光照減弱時，RL1阻值增大，使三極管T01管壓降增加，從而減小加到LED上的電壓。發光二極管陣列電路由各發光二極管單元電路串聯組成，每個發光二極管單元電路由一個發光二極管Lx和一個限流電阻R2xx串聯后再和一個分壓續流電阻R1xx并聯構成。正常工作時，分壓續流電阻給LED均壓，限流電阻用以隔離LED制造中產生的不一致性。個別LED受損時，分壓續流電阻保證整個發光二極管陣列電路續流，限流電阻則可保證其所在單元不被短路。分壓續流電阻的取值范圍是確保當某一個LED損壞時其它部分仍能正常工作。這樣做的副作用是引入了一定量的功耗，但換來的是高可靠性指標。
也可不用限流電阻而直接將LED和分壓續流電阻并聯，但電路性能會差一些。
圖3電路適用于紅色、黃色或蘭色LED構成的交通信號燈，因為這三種顏色的LED的光強都大于800mcd(毫坎德拉)，這樣，對于Φ300mm的公路交通信號燈，每燈僅使用61只LED，全部串聯連接。
純綠色LED的光強只有75-100mcd，偏黃的綠色管高些，也不超過350mcd。為使各色燈的光強盡量一致，綠色LED使用了253只，電路也隨之不同。請參閱圖4，圖中每個發光二極管單元電路由兩只綠色LED和一個限流電阻串聯構成，各發光二極管單元電路并聯，全燈共有127個并聯單元(其中有一個單元是一只LED)。
每個單元使用的LED也可以更多一些，當然，如遇光強高的綠色LED，每個單元也可由一個LED和限流電阻串聯構成。對于直徑不同的其它規格的信號燈，使用LED的總量將隨之增減。
本實用新型的技術指標如下1.光源LED光強(CD)中心波長(nM) 功耗(W) 有效距離(M)紅色 57644 17.6 ≮1500黃色 76592 17.6 ≮1500綠色 16.95 560 35.2 ≮1500蘭色 126 35.2 ≮5002.視角主光束＞60° 輔光束∽180°3.使用壽命點光源＞200000H整燈＞5年 無故障運行周期＞3年4.工作電壓～220V±205.工作電流紅、黃、蘭80mA 綠160mA6.環境溫度-40～+85℃7.溫升＜30℃8.密封防雨、防塵結構9.重量和體積(隨燈型不同而不同)本實用新型可用于下述領域
1.公路和鐵路道路交通指揮、調度信號；2.河、海航道指揮、標識信號；3.機動車輛尾燈、剎車燈、轉向燈；4.其它需要有色標志燈光的場合。
本實用新型針對同類產品存在的光強不足、成本太高、視角小、可靠性差的現狀，采用藏光、駐光、折射、反射、增設分壓續流電阻諸項技術，解決了光強不足、視角小、成本高、可靠性差等問題。其具有以下優點1.光效高，采用反射筒和具有駐光作用的透光罩，使單個LED的光強和視角都得到增大，因而可使用較少的LED，由于所需的LED減少了，因此成本大大下降。
2.節能效果顯著，僅為100W白熾燈功耗的17.6％-35.2％，200W白熾燈功耗的8.8％-17.6％，是使用LED同類產品的1/20-1/10。平均節能效率＞80％。對于使用在直流低壓條件下的LED信號燈，與原使用的白熾燈相比，節能效率則更高。
3.壽命長，使用期＞5年。
4.基本不發熱，運行安全，可靠性高。
5.電路采用均壓方式，較好地解決了半導體低壓器件和市網電壓之間的矛盾，且個別光源管意外受損后，燈的發光效果不受影響。
6.結構簡單易安裝，與各種傳統燈具有良好的繼承性，利于批量化組織生產。
7.采用密封結構和有效的防雷擊措施，使產品可在惡劣環境下運行。
8.有優良的性能/價格比。
下面以面向公路交通設計的300mm信號燈與傳統產品作技術指標對比(紅黃綠一套三燈)對比項目 LED燈具 傳統燈具光 色 純正 有白、淡感發光面積 滿盤亮，近視有網狀感 中間亮、邊緣暗功 耗 70.4W/套 300-600W壽 命 點光源＞200000H，整燈＞5年免維護型 ＜500H，維持周期＜4個月溫 升 忽略不計 局部＞800℃用電特性 平穩啟動 啟動電流大適應性 連續閃爍不影響產品壽命 閃爍不宜，嚴重影響壽命年耗電 2453度 21024度年需費用 1642元 12860元總之，本實用新型是一種既有社會效益又有經濟效益的大有發展前景的產品。
權利要求1.一種發光二極管交通信號燈，包括燈殼、壓圈、密封圈、透光罩、電路板、發光二極管陣列，所述發光二極管固定在所述電路板上，所述電路板裝在所述燈殼內，所述壓圈固定在所述燈殼的前端面上并將所述透光罩與所述燈殼扣合，所述密封圈置于所述透光罩和所述燈殼的扣合面之間，其特征在于它還包括密集排列的號筒式藏光反射筒，其中所述透光罩為具有駐光作用和漫散射作用的透光罩；每個藏光反射筒內設置一個所述的發光二極管，其底端與所述電路板連接，每個藏光反射筒的大端相互聯結，形成蜂窩狀；所述電路板上的電路由整流電路、調壓電路和發光二極管陣列電路依次串接構成，發光二極管陣列電路由各發光二極管單元電路組成。
2.如權利要求1所述的發光二極管交通信號燈，其特征在于所述發光二極管陣列電路由各發光二極管單元電路串聯組成。
3.如權利要求1所述的發光二極管交通信號燈，其特征在于所述發光二極管陣列電路由各發光二極管單元電路并聯組成。
4.如權利要求2所述的發光二極管交通信號燈，其特征在于所述每個發光二極管單元電路由一個發光二極管和一個分壓續流電阻并聯構成。
5.如權利要求2所述的發光二極管交通信號燈，其特征在于所述每個發光二極管單元電路由一個發光二極管和一個限流電阻串聯后再和一個分壓續流電阻并聯構成。
6.如權利要求3所述的發光二極管交通信號燈，其特征在于所述每個發光二極管單元電路由一個發光二極管和一個限流電阻串聯構成。
7.如權利要求3所述的發光二極管交通信號燈，其特征在于所述每個發光二極管單元電路由多個發光二極管和一個限流電阻串聯構成。
專利摘要發光二極管交通信號燈包括燈殼、壓圈、密封圈、透光罩、電路板、LED陣列和密集排列的號筒式藏光反射筒。LED固定在裝于燈殼內的電路板上，壓圈固定在燈殼的前端面上并將透光罩與燈殼扣合，密封圈置于透光罩和燈殼的扣合面之間，每個反射筒內設置一個LED，其底端與電路板連接，每個反射筒的大端相互聯結，形成蜂窩狀；電路板上的電路由整流、調壓和LED陣列電路依次串接構成，LED陣列電路由各LED單元電路組成。該信號燈光強足、成本低、視角大，能滿足交通信號對光強、光譜、射距、射角等方面的特殊要求。
文檔編號G08G1/095GK2264945SQ96244048
公開日1997年10月15日 申請日期1996年11月15日 優先權日1996年11月15日
發明者喬康利, 任祖智, 王忠義 申請人:喬康利, 任祖智, 王忠義