LED背投式主动发光指路标志研发与应用丁伯林1 2,马健霄1,刘干2,周德凯1（1、南京林业大学汽车与交通工程学院江苏南京210037；2.南京赛康交通安全科技股份有限公司江苏南京210037.）摘要:本文分析研究了一种新型发光道路交通标志-LED背投式主动发光指路标志的设计，采用LED阵列作为背光源透过正面镂空的铝制型材和棱镜型反光膜发光，最后粘贴显示字形的深色反光膜，白天完全保留了逆反射标志的性能，夜间主动发光节能环保。
LED背投式主动发光道路交通标属于内照式发光标志的一种，不同于传统的逆反射标志和点阵式主动发光标志，将LED背光技术应用在交通标志领域是一种新的技术尝试。
采用LED阵列背光源透过反光膜后的形式发光，部分LED失效后不会影响标志的整体亮度几乎无影响。
大面积LED失效后会造成发光字部分明暗不一，但是只会影响标志的美观程度，正面显示的内容只由反光膜字样确定不受背光影响，安全可靠。
此类标志亮度均匀、无眩光，能够起到主动显示交通信息、警示驾驶员、降低交通事故发生率的作用，而且色泽均匀、视认效果好，还能够起到亮化、美化城市的作用。
关键词：LED背投式主动发光指路标志；LED背光源:主动发光；内照式发光标志The development and application of LED rear projection self-luminousguide signDing, Bolin12Ma, Jianxiao1 Liu, Gan2Zhou, Dekai1(1.College of Automobile and Traffic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu 210037, China；2.Nanjing SKY Traffic SafetyTechnology Stock CO.,LTD Nanjing, Jiangsu 210037,China.)Abstract: Light rear projection guide sign is a type of internally illuminated traffic sign which falls under the category of self-luminous signs. Unlike conventional retro-reflective signs and dot matrix self-luminous signs, the use of LED backlighting technology in traffic sign design and manufacturing is a new attempt in this field. The backlight is formed by series of LED arrays and the light is projected through the reflective film. Failure of partial LED bulbs won’t have noticeable influence on the overall brightness and readability. LED failure on larger area of the backlight will lead to uneven brightness on different parts of the luminous signage. Only the appearance would be affected evidently. The displayed signage is determined by the text/content which is formed by the digital-cut reflective film and is not affected by the backlighting. The design has a higher tolerance to light source (LED bulbs) malfunctioning. This type of sign provides high brightness & uniformity without glare which displays road information & instructions and warns the drivers better. It reduces accident rate. The high brightness & uniformity also brings good visibility and readability. The sign can also play a role in lightening and landscaping of the city.Keywords: LED rear projection self-luminous guide sign, LED backlight, self-luminous, internally light-emitting sign, internally illuminated sign0 引言我国道路交通标志行业起步晚，上世纪80年代末开始采用反光膜材料制作道路交通标志。
反光标志使用寿命长、耐候性好，但是遇到雨雪等恶劣天气其视认性能明显降低，尤其是在夜间必须开启远光灯才能识别标志内容。
夜间违规使用远光灯是造成夜间交通事故的重要原因之一，给人们出行带来安全隐患。
20世纪90年代开始随着LED技术的发展，因其高亮度、低功耗等性能特点开始被交通标志所采用。
自《道路交通标志和标线》GB5768-1999颁布实施以来，新技术、新材料发展非常迅速，出现了各类新型的交通标志，极大地提高了交通标志的视认性能。
其中以LED主动发光标志的应用最为广泛。
公安部2005年颁布了《太阳能道路交通标志》（GA/T 580-2005）对主动发光标志进行了系统的规范，使得主动发光交通标志得到了长足的发展。
LED主动发光道路交通标志在恶劣天气或夜晚外界亮度低的情况下，能够自主发光弥补了反光标志的不足，从而增加了标志的警示性能,降低了交通事故的发生率。
提高了标志亮度，也起到亮化、美化城市的作用。
目前市场上主要以点阵式主动发光标志为主，其工艺以手工为主且受到像素失效率的影响，有一定的质量隐患。
本论文主要研发设计了一款新型的发光标志，采用LED背光源透射反光膜的形式发光，色泽均匀、亮度柔和。
极大提高了标志的视认性能和美观性[1]。
1 LED背投式主动发光指路标志的工作机理及结构设计1.1 LED背投式主动发光指路标志工作机理LED背投式主动发光指路标志不同于点阵式主动发光道路交通标志，正面完全保留逆反射标志的性能不损坏反光膜，底部粘贴白色反光膜然后粘贴深色膜镂空显示字样或图案，标志底板和深色膜通样镂空在一定间距后放置LED背光源，靠反光膜透射光线实现发光。
由于采用基于白色LED背光技术透射白色反光膜的新光学模式，能够实现亮度均匀、色泽柔和的发光效果，且不产生炫光、不受笔画图形等条件的限制。
图1 LED背投式主动发光指路标志结构示意图1.2 标志正面镂空结构分析考虑标志底板的抗风能力，发光文字不可能去不镂空需要增加连接筋，将连接筋宽度控制在5~6mm，间距控制在50~60mm，可以保证标志体在40m/s的风速下变形不大于8mm。
图2 文字加筋效果图背投式交通标志的结构层次如图3所示：从下至上内分别是标志底板、光源、导光板、标志面板、反光膜。
图3 背投式交通标志结构层次1.3 箱体结构与防水处理如图所示采用箱体式结构，正面标志底板粘贴反光膜，背后为封闭的箱体，防水结构好，LED 必须通过防水胶等方法处理，保证LED正常工作，防水等级要求满足在IP53以上的要求。
1.4 控制模式设计LED背投式主动发光指路标志完全保留了逆反射标志的性能，白天无须发光节能环保，采用了南京赛康交通安全科技股份有限公司的赛康太阳能发光标志程序系统V1.0版控制软件[2]，实现了白天不亮夜间自动发光的功能。
2 影响夜间指路标志视认性能的因数分析2.1外界环境亮度、自发光亮度对标志视认距离的影响[3]- [4]图4 夜间蓝色和绿色亮度与视认距离的关系如图4所示并不是LED亮度增高其视认距离就会增加而是趋于一个上面所提的极限值。
对于自发光式标志，包括其他照明或发光设备，交通标志所处的环境亮度是决定交通标志发光亮度的关键因数。
在低亮的环境中，较暗的自发光式交通标志视认性更加；在高亮的环境下，如城市道路、高速公路隧道等环境中,需要高亮的自发光式交通标志与之适应。
市区、郊区或乡村等不同环境对交通标志醒目程度、发现和认读都会产生影响。
根据国内外对交通标志对照明效果与最大亮度比之间的关系的研究成果，环境亮度与被照对象的最大亮度比列为1:5;如果需要重点强调，则环境亮度与被照对象的最大亮度比例为1:10，超过10倍以上，容易产生炫光。
与之适应。
结合环境亮度的实测平均值，最佳亮度所处区间以及以上分析结论，考虑道路使用者在行车下对亮度反应的差异性，城市内使用自发光式交通标志亮度范围为：背景明亮时，亮度取为140-400cd/m2;当背景亮度一般时，亮度取为50-140cd/m2;当暗背景时，亮度取为10-50cd/m2。
3 微棱镜型反光膜透光率测试3.1微棱镜型反光膜透光结构分析[5]-[6]最早发明的反光膜为玻璃微珠型反光膜，此类反光膜具有金属镀层不具有透光性能。
20世纪80年代美国人发明了微棱镜型反光膜，此类反光膜开始推出时由于反射系数高、反射角度大造成复杂文字显示炫光，随着工艺技术的提升微棱镜技术得到完善。
道路交通反光膜（GB/T18833-2012）规定III类以上的反光膜全部为微棱镜型反光膜，肯定了微棱镜反光膜的地位和发展前景。
微棱镜反光膜由透明的树脂构城棱镜型气囊结构，加上背胶、防粘纸等构成，光线完全可以穿透发光使得背投式发光标志成为可能。
图5 微棱镜反光膜结构图3.2 几种白色微棱镜型反光膜透光率测试上面我们了解了标志亮度与环境亮度的关系，其中微棱镜型反光膜的透光率直接影响LED背光源的设计亮度。
微棱镜型反光膜由美国人发明，其技术一直掌握在3M、艾利等少数外国企业手中，直到近几年国内相关企业如通明、道明等几家企业才有能力生产微棱镜型反光膜。
采用统一亮度背光源透射反光膜的形式测试比较国内外三家厂家反光膜的透光性能，分别以M、T、D表示。