Исторически сложилось, что наиболее используемым вариантом оптической системы железнодорожных светофоров являются линзовые светофоры с лампой накаливания. Все цвета сигналов светофоров формируются линзовым комплектом, который состоит из двух линз: светофильтр – линза, определяющая нужный участок спектра излучения лампы и определяющая цвет сигнала, и прозрачная линза – линза Френеля, имеющая большую оптическую силу.
Применяемые светофорные головки на лампах накаливания обладают недостатками: малый срок службы светофорных ламп; низкая надежность лампы накаливания; достаточно высокая трудоемкость замены ламп накаливания, обуславливающая значительные эксплуатационные расходы; слабая защита от проявлений вандализма; вероятность появления разрешающего сигнала при повреждении светофильтра.
В конце XX века наличие светодиодов, доступных по цене, при которой стоимость конечного изделия делала экономически целесообразным его использование, подтолкнуло инженеров к разработке светосигнальной техники на их основе. Так как светодиоды применялись в основном в качестве индикаторов, при их производстве в подавляющем большинстве использовались излучающие кристаллы размером 300х300 мкм. Для достижения параметров (сила света и ее распределение при заданной светящей апертуре сигнала), предъявляемых к светосигнальной технике, требовались системы, состоящие из большого количества (более 100) светодиодов. Это обстоятельство и продиктовало единственный возможный на тот момент путь создания таких систем: разработка светодиодных матриц (кластеров).
К железнодорожным светофорам предъявляются повышенные требования, так как они отвечают за безопасность железнодорожных перевозок. В отличие от автомобильных светофоров, показания железнодорожных воспринимаются как приказы и подлежат безоговорочному выполнению. В 1998 г. было разработано техническое задание на светодиодный светофор нескольким российским компаниям. Среди всех компаний-разработчиков стоит выделить две наиболее успешные: ООО «Корвет-Лайтс» (разработана конструкция уникального светодиода с углом излучения 3 град., на основе которого появились квазимонохромные источники излучения кластерного типа, не требующие использования в своей конструкции вторичной оптики) и «ИРСЭТ-Центр» (в светодиодной системе применялась вторичная оптика, что усложняло конструкцию). В настоящий момент на российском рынке существует несколько производителей светодиодных светооптических систем для нужд ОАО «РЖД», среди всех можно выделить три фирмы, поставляющие наиболее интересные и востребованные светофорные головки: ЗАО «НПО РоСАТ», ЗАО «ТрансСигнал», ОАО «ПО УОМЗ».