周德凱，馬健霄*，朱亞運(yùn)，劉干，丁伯林，

(1.南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，南京 210037；2.南京賽康交通安全科技股份有限公司，南京 210037)

基于背光源的新型主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志研究

周德凱1，馬健霄1*，朱亞運(yùn)1，劉干2，丁伯林1，2

(1.南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，南京 210037；2.南京賽康交通安全科技股份有限公司，南京 210037)

通過系統(tǒng)分析現(xiàn)有主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志的結(jié)構(gòu)、光學(xué)模式以及性能，探尋現(xiàn)有主動(dòng)發(fā)光技術(shù)難以應(yīng)用于大型指路標(biāo)志的原因。將LCD的背光源技術(shù)運(yùn)用到交通標(biāo)志中，研究一種基于背光源的新型主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志，詳細(xì)介紹了新型標(biāo)志的結(jié)構(gòu)、光學(xué)模式、光源設(shè)計(jì)、優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)光源設(shè)計(jì)給出了理論計(jì)算及計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，并在實(shí)際應(yīng)用中得以驗(yàn)證。新型標(biāo)志的研發(fā)實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志由點(diǎn)發(fā)光模式升級(jí)到面發(fā)光模式，將主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志的應(yīng)用推廣到大型指路標(biāo)志上。

交通標(biāo)志；主動(dòng)發(fā)光；背光源；LED

0 引言

主動(dòng) 發(fā)光交通標(biāo)志的出現(xiàn)是交通標(biāo)志產(chǎn)業(yè)的一次革命性升級(jí)，改變了交通標(biāo)志必須依靠外部光源的歷史?，F(xiàn)有主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志采用的生產(chǎn)工藝是將LED燈珠以插入的方式固定在標(biāo)志面板上，本文將其稱之為點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志?！短柲艿缆方煌?biāo)志》(GA/T 580-2005)的頒布實(shí)施，使得主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是，“太陽能道路交通標(biāo)志”(GA/T 580-2005)也指出了點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志的不足：不適用有文字說明的交通標(biāo)志。如何讓以文字為主的指路標(biāo)志實(shí)現(xiàn)主動(dòng)發(fā)光，是所有交通工作者一直思考的問題。文章在分析現(xiàn)有主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志工藝結(jié)構(gòu)、光學(xué)模式、性能的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地將LCD的背光源技術(shù)應(yīng)用到主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志中，研究了基于背光源的新型主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志，并將其成功地運(yùn)用于某工程，取得了良好的效果。

1 傳統(tǒng)的點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志

1.1 點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志工藝結(jié)構(gòu)及光學(xué)模式

點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志自問世以來，因其不依賴外部光源、自主發(fā)光、美觀、可視距離大等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]受到交通管理部門的青睞，被廣為采用。

點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志采用箱體結(jié)構(gòu)，鋁合金型材制作框架、鋁合金板制作標(biāo)志板?？刂齐娐钒逦挥谙潴w內(nèi)部，固定在標(biāo)志底板上；由反光膜制成的標(biāo)志圖案粘貼在標(biāo)志面板上，并按照某一固定間距在標(biāo)志面板和反光膜上鉆孔，LED燈珠插入孔中，固定在標(biāo)志面板上。

圖1 典型的點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志Fig.1 Typical lattice LED traffic sign

顯然，點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志是將LED燈珠以某一固定間距插在標(biāo)志板上，當(dāng)LED燈珠點(diǎn)亮?xí)r形成光點(diǎn)，若干個(gè)光點(diǎn)形成發(fā)光線條，再由線條勾畫出圖形輪廓或文字的筆畫。這種以點(diǎn)狀LED燈珠本身組成圖形輪廓或文字筆畫的光學(xué)模式被稱之為點(diǎn)發(fā)光模式。

1.2 點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志性能

1.2.1 優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)逆反射式交通標(biāo)志相比，點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志優(yōu)點(diǎn)顯而易見。

(1)LED與反光膜相結(jié)合。白天或環(huán)境照度好時(shí)可以關(guān)閉LED；夜晚或環(huán)境照度較差時(shí)，點(diǎn)亮LED實(shí)現(xiàn)主動(dòng)發(fā)光。

(2)可視距離大。點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志采用高亮LED燈珠，在夜間的可視距離是常規(guī)標(biāo)志的兩倍，在不良天氣狀態(tài)下是常規(guī)標(biāo)志的4倍，能夠有效應(yīng)對(duì)霧霾等惡劣氣候條件[2-3]。

(3)以太陽能、風(fēng)能為能源，清潔、低碳、綠色符合可持續(xù)發(fā)展理念[4-6]。

1.2.2 缺點(diǎn)

(1)破壞了反光膜的完整性。一旦出現(xiàn)故障，LED燈珠不能被點(diǎn)亮，交通標(biāo)志的反射性能將會(huì)低于傳統(tǒng)的交通標(biāo)志。

(2)視認(rèn)性能受像素間距影響極大。相鄰LED燈珠之間的距離稱之為像素間距，點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志的像素間距是影響標(biāo)志視認(rèn)性的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。如圖2所示，不同的像素間距其視認(rèn)效果有很大的差別。

(3)不適用于文字較多的指路標(biāo)志。要想對(duì)文字進(jìn)行準(zhǔn)確刻畫，必須采用較小的像素間距。而同一標(biāo)志中只能采用一個(gè)像素間距，否則會(huì)造成明暗不均，影響遠(yuǎn)距離的視認(rèn)性。隨著像素間距減小，LED燈珠以及標(biāo)志板上鉆孔的數(shù)量成倍增加，生產(chǎn)成本大幅增加，而良品率卻隨之下降。

圖2 不同像素間距的視認(rèn)效果Fig.2 Effect of different pixel spacing

(4)局部LED燈珠出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)致可視效果減弱甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤信息。

2 基于背光源的新型主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志

指路標(biāo)志在交通標(biāo)志體系中起著舉足輕重的作用，但是受制于制造工藝，現(xiàn)有主動(dòng)發(fā)光技術(shù)還不能較好地應(yīng)用到指路標(biāo)志中。如何實(shí)現(xiàn)指路標(biāo)志主動(dòng)發(fā)光一直是交通設(shè)計(jì)工作者不斷思考的問題。

長(zhǎng)久以來，特別是《太陽能道路交通標(biāo)志》(GA/T580-2005)頒布以來，人們慣性地認(rèn)為主動(dòng)發(fā)光就是采用點(diǎn)發(fā)光的光學(xué)模式以光源本身組成文字或圖形輪廓。顯然，要實(shí)現(xiàn)指路標(biāo)志主動(dòng)發(fā)光跳出現(xiàn)有的慣性思維是關(guān)鍵。

如果讓整個(gè)面發(fā)光，那么不管文字如何復(fù)雜都能夠準(zhǔn)確地被刻畫出來[7-8]。在此思路上，經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)，終于研發(fā)出基于背光源的新型主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志，并成功應(yīng)用于某工程，實(shí)施效果良好。

圖3 基于背光源的交通標(biāo)志應(yīng)用實(shí)例Fig.3 Application of a traffic sign based on backlight

2.1 背光源

背光源的設(shè)計(jì)思路源自液晶顯示器(LCD)。LCD是一個(gè)面光場(chǎng)，但是液晶面板本身是不發(fā)光的，液晶面板具有一定的透光性，LCD在無光處能夠被人所見，源于液晶面板背部的光源模組-背光源[9-10]。LED矩陣發(fā)出的光經(jīng)導(dǎo)光板(LGP)和光學(xué)膜系的傳導(dǎo)成為均勻的面光場(chǎng)分布，再透過液晶面板，從而使得液晶面板上所顯示的內(nèi)容可以被人眼所見。LCD背光照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由光源、導(dǎo)光板、光學(xué)膜系三部分組成[11]，如圖4所示。

圖4 LCD背光照明系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic diagram of LCD backlight system

借助于LCD背光模組的設(shè)計(jì)思路，將點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志的LED燈珠全部移至標(biāo)志體內(nèi)部，將其設(shè)計(jì)為背光源。光線經(jīng)導(dǎo)光板傳導(dǎo)，透過反光膜，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)志面發(fā)光。這種新型發(fā)光標(biāo)志被稱之為背光源LED交通標(biāo)志。

2.2 反光膜

背光源發(fā)出的光從反光膜透射出，因此反光膜透光是新標(biāo)志研發(fā)成功的關(guān)鍵。

目前交通標(biāo)志廣泛使用的反光膜主要是微棱鏡型反光膜。微棱鏡反光膜由透明的樹脂構(gòu)成棱鏡型氣囊結(jié)構(gòu)，光線可以穿透反光膜，微棱鏡反光膜透光原理如圖5所示。因此本設(shè)計(jì)中采用的反光膜為微棱鏡型反光膜[12]。

圖5 微棱鏡反光膜透光原理圖Fig.5 Schematic diagram of the micro prism reflective film

反光膜透光率的大小直接影響到光源的利用效率，高透射率的反光膜可以提高光源的利用效率，降低背光源的總功率。通過對(duì)常用的三種品牌的白色反光膜透光率的檢測(cè)，選擇透光率較高的A品牌反光膜作為新型標(biāo)志的反光膜。

表1 不同品牌白色反光膜透光率檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 背光源LED交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

背光源LED交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)變?yōu)槊婀庠?，并透過標(biāo)志面板和反光膜。

新型標(biāo)志的結(jié)構(gòu)類似于點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志：采用箱體結(jié)構(gòu)，厚度為40～50 mm，鋁合金型材制作框架、鋁合金板做面板。不同的是背光源LED交通標(biāo)志不是在標(biāo)志面板上鉆孔而是將需要發(fā)光的圖形或文字部分雕刻成鏤空狀，如圖6所示?？紤]標(biāo)志板抗風(fēng)載的能力，需要對(duì)連接筋的大小和間距進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用沙袋試驗(yàn)法，對(duì)不同寬度和間距的連接筋方案進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，將連接筋寬度控制在5～6mm，間距控制在50～60 mm，可以保證標(biāo)志體在40 m/s的風(fēng)速下變形不大于8 mm。

圖6 背光源LED交通標(biāo)志面板鏤空結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic diagram of hollow structure of the traffic signs based on backlight

LED組成的光源固定在標(biāo)志底板上，在標(biāo)志面板和光源之間設(shè)置一塊導(dǎo)光板，光源發(fā)出的光經(jīng)過一段混光距離，再通過導(dǎo)光板使其進(jìn)一步均勻化。

背光源LED交通標(biāo)志的結(jié)構(gòu)層次如圖7所示。從下至上內(nèi)分別是標(biāo)志底板、光源、導(dǎo)光板、標(biāo)志面板、反光膜。

圖7 背光源LED交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)層次Fig.7 Structure level of traffic signs based on backlight

2.4 背光源LED 交通標(biāo)志光源設(shè)計(jì)

影響發(fā)光標(biāo)志視認(rèn)性的指標(biāo)主要有兩個(gè)：發(fā)光面的發(fā)光均勻度和亮度[13]。因此，光源設(shè)計(jì)主要就是確定亮度和發(fā)光均勻度。空間某一點(diǎn)的亮度是LED亮度疊加的結(jié)果，不同區(qū)域的亮度差異則構(gòu)成了發(fā)光平面的發(fā)光均勻度。

2.4.1 均勻度

(1)單顆LED光強(qiáng)及照度分布

單顆LED的光強(qiáng)分布為[14]：

I(θ)=I0cosmθ。

(1)

根據(jù)照度與光強(qiáng)的關(guān)系可以推導(dǎo)出空間任一點(diǎn)的照度：

E(r,θ)=E0(r)cosmθ。

(2)

式中:E(r,θ)為與法線夾角θ的方向上距光源r處的照度；E0(r)為法向方向上距光源r處的照度；其他符號(hào)意義同上。

將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系，則表達(dá)式為：

(3)

式中:E(x,y,z)為坐標(biāo)(x，y，z)處的照度；(X,Y)為法向方向與被照平面交點(diǎn)坐標(biāo)；其他符號(hào)意義同上。

由公式(3)可知，給定被照平面上任意一點(diǎn)的照度主要跟I0、m有關(guān)。

圖8為L(zhǎng)ightTools模擬的LED照度分布圖，被照平面距LED5mm。

圖8 單個(gè)LED的光照度分布圖Fig.8 Distribution of light intensity of a single LED

(2) LED矩陣照度分布

對(duì)于LED矩陣來說，被照平面上任意一點(diǎn)的照度是矩陣中每一個(gè)LED燈珠在該點(diǎn)照度的疊加。故由公式(3)可以推出a×b的LED矩陣在(x，y，z)處的照度為：

(d/2)]2+[y-(b+1-2j)(d/2)]+z2}-(m+2)/2。

(4)

式中：z為被照平面與LED矩陣的距離，亦稱LED矩陣的混光距離；其他符號(hào)意義同上。

照度均勻度為被照平面上考察范圍內(nèi)照度的最小值與最大值的比值：

(5)

式中:R為光照度均勻度；Emin,Emax為照度的最小值和最大值。

假定被照平面的考察范圍與LED矩陣一致，則最大值出現(xiàn)在被照平面上的中心，最小值則出現(xiàn)在矩形的角點(diǎn)上[15]。即最大值出現(xiàn)在點(diǎn)(0，0，z)處，最小值出現(xiàn)在點(diǎn)((a-1)d/2，(b-1)d/2，z)，則照度均勻度可以表示為：

(6)

顯然，照度均勻度主要與三個(gè)參數(shù)有關(guān)：d、z、m，而m由半強(qiáng)角θ確定。由公式(6)可以得知，隨著混光距離z的增加，均勻度也隨之增加；隨著LED半強(qiáng)角θ的增大，m的值變小，均勻度增大；同樣，隨著間距d的減小，均勻度也增加。圖9、10、11分別是利用LightTools仿真得到的2×2LED矩陣的照度均勻度與z、d、m之間的關(guān)系曲線圖。

圖9 均勻度與d關(guān)系曲線圖Fig.9 Relationship between evenness and d

圖10 均勻度與z關(guān)系曲線圖Fig.10 Relationship between evenness and z

圖11 均勻度與m關(guān)系曲線圖Fig.11 Relationship between evenness and m

由于標(biāo)志結(jié)構(gòu)和LED選擇范圍的限制，z和m的值通常是事先確定的，因此d的值就成了光源設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

通過LightTools仿真得知，d存在一個(gè)臨界點(diǎn)。當(dāng)小于臨界點(diǎn)時(shí)，照度表現(xiàn)出較好的均勻度，當(dāng)大于臨界點(diǎn)時(shí)則呈現(xiàn)明顯的光斑。如圖12所示。

圖12 5×5LED矩陣照度分布圖Fig.12 The illumination distribution of the 5×5 LED matrix

(7)

當(dāng)a=b時(shí)，最佳d可以用下式估算[16]：

(8)

2.4.2 亮度

(1)設(shè)計(jì)亮度的確定

根據(jù)韓文元[17]等學(xué)者的研究，標(biāo)志的視認(rèn)距離隨著亮度的增加而變大，但是視認(rèn)距離并不是無限地增大，而是在亮度達(dá)到某一臨界值后趨緩，隨后如果繼續(xù)增加亮度反而會(huì)出現(xiàn)眩光現(xiàn)象。

標(biāo)志的視認(rèn)距離除了和標(biāo)志的亮度有關(guān)，還受背景環(huán)境亮度影響。盛麗麗[1]等人的研究成果表明背景環(huán)境的亮度是決定自發(fā)光交通標(biāo)志亮度的一個(gè)重要因素，在10～400 cd/m2之間存在一個(gè)合適的亮度值使交通標(biāo)志的視認(rèn)性最佳，并通過試驗(yàn)給出了不同背景環(huán)境亮度條件下滿足視認(rèn)距離的交通標(biāo)志發(fā)光亮度的范圍，見表2。

表2 不同背景亮度下標(biāo)志發(fā)光亮度范圍

(2)標(biāo)志發(fā)光亮度計(jì)算

根據(jù)前文確定的LED燈珠間距和文字高度、寬度，初步確定LED燈珠的數(shù)量n，并初步選擇LED燈珠，確定半強(qiáng)角、法向光強(qiáng)等參數(shù)。

標(biāo)志發(fā)光亮度可以通過下式來計(jì)算：

(9)

式中：L為標(biāo)志板面發(fā)光亮度；n為L(zhǎng)ED矩陣LED的數(shù)量；ηLGP,ηfilm為導(dǎo)光板和反光膜的透光率；ηLED為L(zhǎng)ED的光源利用效率，實(shí)際可利用光與LED發(fā)出的全部光的比值；φ1/2導(dǎo)光板的半強(qiáng)角；A為發(fā)光面積，與文字高寬為相等的矩形；其余符號(hào)意義同上。

將計(jì)算L與標(biāo)志亮度設(shè)計(jì)值L′比較：若L>L′則滿足亮度要求；若L

2.4.3 LED燈珠選擇

(1) 顏色

交通標(biāo)志版面顏色主要有白色、藍(lán)色、紅色等。同一標(biāo)志至少是兩種及以上的顏色組合。根據(jù)版面顏色組合和物體對(duì)不同色光的吸收特性，LED燈珠的顏色有兩種選擇方案：一是根據(jù)反光膜的顏色選擇與之相對(duì)應(yīng)的LED燈珠；二是全部選擇白色LED燈珠[18]。

如果采用方案1，就需要針對(duì)不同顏色的反光膜逐個(gè)設(shè)計(jì)背光源，同時(shí)還要考慮不同光源之間的光線阻隔，否則在不同顏色反光膜搭接處就會(huì)出現(xiàn)相互干擾。這樣既增大了光源設(shè)計(jì)的難度，也使得標(biāo)志內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。若采用方案2，只需要設(shè)計(jì)一個(gè)光源，但當(dāng)光線穿過非白色反光膜時(shí)，僅與反光膜顏色相同的光能夠透射出來，光源利用效率與方案1相比較低。綜合考慮方案1和方案2的優(yōu)缺點(diǎn)，選用白色LED作為背光源的顏色。

(2) 發(fā)光角度

前文研究已經(jīng)證實(shí)，半強(qiáng)角越大，LED矩陣產(chǎn)生的光照度越均勻。但半強(qiáng)角越大，LED光源利用效率就越低。θ1/2=60°時(shí)，光源利用效率大約降低到75%。因此，同樣亮度要求下，半強(qiáng)角越大亮度越均勻，但所需要的LED燈珠數(shù)量也越多。

(3) 法向光強(qiáng)

法向光強(qiáng)和LED燈珠的數(shù)量是決定標(biāo)志亮度的兩個(gè)最重要的因素。在標(biāo)志亮度一定的情況下，降低LED燈珠的法向光強(qiáng)，則需要增加LED燈珠的數(shù)量。

因此，在進(jìn)行光源設(shè)計(jì)時(shí)可以初步選擇LED燈珠的半強(qiáng)角、法向光強(qiáng)，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇最適合的LED燈珠。

2.4.4 導(dǎo)光板

本文引入導(dǎo)光板主要有兩個(gè)作用：一是彌補(bǔ)混光距離的不足，使得出射光更加均勻；二是導(dǎo)光板位于標(biāo)志面板下，并在四周用膠水將導(dǎo)光板粘貼在標(biāo)志面板上，可以彌補(bǔ)標(biāo)志面板被雕刻成鏤空后的防水和強(qiáng)度上的缺陷。

3 背光源LED交通標(biāo)志光源設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 基本參數(shù)確定

3.1.1 LED的選擇

本次設(shè)計(jì)中選擇了白色LED，法向光強(qiáng)3 000 mcd，半強(qiáng)角θ1/2=60°，光源利用效率ηLED=75%。

3.1.2 混光距離z

標(biāo)志體厚度50 mm，考慮標(biāo)志底板布設(shè)線路和LED矩陣占用了一部分厚度，確定LED矩陣到標(biāo)志面板的距離，即混光距離z為40 mm。

3.1.3 反光膜及導(dǎo)光板選擇

通過實(shí)驗(yàn)來選擇高透光率的棱鏡反光膜。根據(jù)2.2節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果，選擇A品牌的白色反光膜作為透光材料，其透光率ηfilm=16%。

導(dǎo)光板選用新型體散射粒子型導(dǎo)光板，半強(qiáng)角φ1/2=60°，其透光率ηLGP=90%。

3.2 光源設(shè)計(jì)

3.2.1 確定最佳LED間距d

本次設(shè)計(jì)中文字高50 cm，高寬比為1∶1 。以單個(gè)文字為單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，則LED矩陣成正方形，利用公式(8)估算dmax=40 mm。

3.2.2 計(jì)算標(biāo)志發(fā)光亮度

根據(jù)dmax=40 mm初定LED矩陣為14×14的方陣，據(jù)表2確定標(biāo)志在明亮背景下的設(shè)計(jì)亮度L′為200 cd/m2。利用公式(9)得到在初定光源條件下的計(jì)算亮度L=254.02 cd/m2，L>L′足標(biāo)志設(shè)計(jì)亮度要求。

3.2.3 均勻度驗(yàn)證

根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)際產(chǎn)品對(duì)上文的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如圖13和14所示。設(shè)計(jì)光源在被照平面上產(chǎn)生的照度具有較好的均勻度。

圖13 仿真照度分布圖Fig.13 The diagram of simulation illumination distribution

圖14 實(shí)際樣品發(fā)光圖Fig.14 The illuminated diagram of real sample

4 背光源LED交通標(biāo)志的性能

4.1 背光源LED交通標(biāo)志的優(yōu)點(diǎn)

(1)背光源設(shè)計(jì)，保證了反光膜的完整性。

(2)實(shí)現(xiàn)了面發(fā)光。背光模組的設(shè)計(jì)，將點(diǎn)狀光源轉(zhuǎn)換為面光場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)文字或圖形整個(gè)平面發(fā)光，即使部分LED燈珠出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)標(biāo)志的功能產(chǎn)生較大影響。導(dǎo)光板的勻光作用，讓面光場(chǎng)均勻、柔和，可以克服點(diǎn)陣式LED交通標(biāo)志的刺眼與斷字問題等缺點(diǎn)。

(3)模組化設(shè)計(jì)便于安裝與維修。

4.2 背光源LED交通標(biāo)志的缺點(diǎn)

從目前的工程實(shí)踐來看，新型標(biāo)志有以下兩個(gè)主要的缺陷：

(1)功率較大，暫時(shí)未能實(shí)現(xiàn)太陽能供電。

(2)未能現(xiàn)實(shí)全部信息發(fā)光。限于結(jié)構(gòu)及力學(xué)的要求，目前還不能將標(biāo)志板上所有的信息雕刻成鏤空，如英文、公里數(shù)等較小的文字。

5 結(jié)束語

主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志擺脫了對(duì)外部光源的依賴，照顧了所有的道路使用者，能應(yīng)對(duì)惡劣的氣候條件，同時(shí)也讓交通標(biāo)志真正成為城市景觀的一部分，是未來交通標(biāo)志發(fā)展的趨勢(shì)。而基于背光源的新型主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志，則改變了現(xiàn)有的發(fā)光模式，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)發(fā)光向面發(fā)光的轉(zhuǎn)變，從而使得主動(dòng)發(fā)光應(yīng)用于以文字為主大型指路標(biāo)志成為現(xiàn)實(shí)，是主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志產(chǎn)業(yè)的一大變革。當(dāng)然，新型標(biāo)志仍然存在很多難題有待解決，如大型指路標(biāo)志發(fā)光模塊功率較大，難以采用太陽能為能源；鑒于材料和工藝所限，目前只能實(shí)現(xiàn)主要文字發(fā)光，對(duì)于較小的文字還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光。相信隨著研發(fā)技術(shù)的不斷提高，能源、材料和工藝的不斷進(jìn)步，這些問題也將逐一得到解決。

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New Active Luminous Traffic Signs Based on Backlight

Zhou Dekai1，Ma Jianxiao1*，Zhu Yayun1，Liu Gan2，Ding Bolin1，2

(1.College of Automobile and Traffic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China； 2.Nanjing SKY Traffic Safety Technology Stock CO.，LTD，Nanjing 210037，China)

Based on the systematic analysis of the structure，optical mode and performance of existing active luminous signs，the reasons that the active luminous emitting technology is difficultly applied in large guide signs was explored in this paper.The LCD back light technology was creatively applied to the traffic signs and a new type active luminous traffic signs was developed based on backlight.The structure，optical mode，light design，advantages and disadvantages of the new traffic signs were introduced in detail.The theoretical calculation and computer simulation results were given for the light source design，and the results were verified in practical applications.The research of novel traffic signs makes the light-emitting mode of active luminous traffic signs upgrade from point emitting to surface emitting，and makes the large guide sign active luminous.

traffic signs；active light-emitting；backlight；LED

2016-09-09

公路交通安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助(20130104)

周德凱，碩士，工程師。研究方向：交通安全。

*通信作者：馬健霄，博士，教授。研究方向：城市與區(qū)域交通規(guī)劃。E-mail:jxmai@163.com

周德凱，馬健霄，朱亞運(yùn)，等.基于背光源的新型主動(dòng)發(fā)光交通標(biāo)志研究[J].森林工程，2017，33(1)：76-80.

S 792

A

1001-005X(2017)01-0076-07