汽車照明系統均勻面發光技術綜述

黃益

摘 要：隨著我國經濟的迅速增長，汽車已經進入了普通百姓的家庭，汽車的不僅是個交通工具，還越來越承載著的駕駛的個性，從普通內外飾件裝潢，到發動機、底盤系統的調教，隨著技術革新和個性化的發展，消費者往往希望在個人的私家用車上體現個性化的元素。傳統的車燈技術也在逐步發展，從基本的照明、信號功能也逐步迭代出可編輯可變化的動態造型特征，均勻面發光技術是一個比較好的技術載體。本論文討論了近些年均勻面發光技術的類型，發展方向和應用成果。

關鍵詞：均與面發光;OLED;微花紋

1 OLED 光源技術

OLED（Organiclight-emittingdiode，有機發光二極管），是指有機半導體材料在電場驅動下，通過載流子注入和復合導致發光的器件。其器件結構主要包括基板、透明電極、有機發光層等。工作原理如下圖所示，是在電場驅動下，電子和空穴注入到有機半導體層復合發光，其底基多采用無機物玻璃，并在周邊通過密封隔絕外界氧氣對內部有機物的腐蝕，防止對有機發光材料的腐蝕。

OLED是平面光源，可以實現藍、綠、紅等多種顏色的產品定制，以白光產品為例，由于OLED在沒有任何處理的純凈的狀態下擁有相當于自然光的光譜分布，且不含紫外、紅外輻射，也無藍光危害。因此OLED可以說是一種環保高效的綠色光源，是目前光源中，最為友好的光源。OLED光源自身具有：防眩目、自身發熱低、無發出紫外線、厚度薄 & 重量輕、顯色性好（CRI > 90）的特點。由于材料及結構的特殊性，在形態上還可以實現柔性彎曲、透明化的效果，未來將會拓展到更廣泛的應用領域，使其可制備成柔性、透明、色溫可調的屏體，將基板材料改為塑料薄膜等柔性基版，還可實現柔性屏體。選取適當的透明電極以及透明基板，還可制作出透明OLED屏體。所以可以廣泛應用于顯示技術、可穿戴和民用照明領域。

機動車信號燈各功能的法規亮度要求范圍，從目前現有技術的OLED亮度水平來看，深紅光和淺紅光的色坐標CIE-x，y（典型值）分別可以達到（0.663，0.330）和（0.683，0.314），單位面積亮度可以達到1000cd/m2，所以完全可以滿足后位置燈的亮度水平，調整顏色后也可以滿足側轉向燈的設計需要。另外，由于OLED自由化的均勻面發光方式，讓尾燈造型實現了更豐富、立體的造型外觀質感，并由于其光源定制化的設計特點，讓造型師擺脫了空間與拋物反射面的結構限制，讓汽車尾燈設計能有較大突破。所以奧迪在其高端OLED尾燈產品車型上也主要應用于后位置燈的造型設計，并且取得了不錯的品牌口碑。

但正如萬物總有兩面性，OLED光源并不是下一代汽車信號燈光源的發展方向呢？OLED光源存在哪些不足呢？

1）成本高：OLED光源多采用定制化設計生產方案，且不同廠家間的品牌設計元素千差萬別，各廠家對品牌特征的專注度，要求也不同，布局空間尺寸也不同，車用OLED光源很難在民用照明上一樣找到平臺化、共用化的解決方案，且每臺車的目標產量也不同，所以必須對每種光源設計元素定制專有的模具，確保設計、生產的控制需求，所以OLED光源的生產、管控成本是相對較高的。

2）壽命短：OLED光源在機動車應用上還存在一個關鍵的門檻—使用壽命和維護成本。一般國家對于機動車零部件的管控都實行了三包質量要求，個別廠家甚至實施了更為嚴格的質量管控要求。作為不可替換的OLED光源壽命是怎樣的呢？已知，在某產品在實驗室環境下，來評估OLED光源的可靠性，相關壽命數據如下，在高溫高濕的環境下，深紅光OLED持續點亮可以超過2000小時，淺紅光可以超過1000小時;在高低溫沖擊試驗環境下，深紅光點亮可以超過3000小時，淺紅光可以超過1300小時。

同時在機動車上，照明燈具還存在長時間陽光曝曬等惡劣天氣的影響，借用紅外氙燈模擬陽光輻射，對測試片進行模擬曝曬。當屏體亮度衰減到94%，電壓上升0.19V時，實際時間4700H，輻射劑量為輻照強度和時間乘積，換算至20W/m2，耐久壽命時間可以達到7544H（按照每天點8小時，預估可以滿足2年半的使用壽命）。這與LED光源光衰達到70%的標稱壽命是10萬小時的性能對比，從滿足機動車使用維護的角度來看，兩者性能差異還是比較巨大的。

目前常見的失效表現在于，光源亮度光衰、發光區域小顆粒（0.4mm）黑點、單片密封不良失效等現象。受制于成本和壽命瓶頸，市場上的OLED尾燈汽車產品多集中在概念車，以及小批量高端豪華品牌車型上存在應用，今年來也有個別造車新勢力也在嘗試OLED相關產品的小批量試制。近年來Philips和OSRAM先后放棄了車規級OLED光源的試制和研發，現有車規級OLED光源供應商有LG和翌光，在進一步提升OLED光源產品的可靠性。

2 其他立體均勻面發光技術

擴散材料發光技術：一種將LED光源封裝在總成內部，LED發出的光均勻地發射到內部的導光介質中（高均勻性、柔性材料），并在外部涂抹一種使得發光體改變顏色的色漆，使得其可以實現信號燈不同功能的需求。雖然該方案可以實現較為均勻的面發光，但從樣品圖片可以看出，因其需要在外部涂抹帶有顏色的色漆，在非點亮狀態下可以看到色漆，不夠通透，無法做到造型通透的要求。

側發光LED技術：一種將LED垂直于出光面放置，光線通過與LED封裝在一起的光線擴散介質，均勻射出，實現面發光效果。該方案同樣可以實現較為均勻的面發光，相較于Surface LED具有更好的立體效果，且無需噴漆處理，但因導光介質的存在，其在非點亮狀態下仍然無法達到通透的效果。

微花紋技術：利用曲面的折射原理，將所收集的原本呈高斯分布的LED光線均勻分布到全反射面上，在全反射面的全反射作用下，LED發射的光線均勻分布到出射面，并通

過出射面均勻發出，形成均勻的面發光點燈。系統的關鍵點是控制單個臺階小平面尺寸大小為0.30mm*0.30mm，臺階小平面以傾斜狀設置于所述基面上，其傾斜角度與入射到該臺階小平面的光線夾角保持不變。這樣，確保臺階小平面全反射后的光線朝向一致，均勻較大發光面，同時具備較小的結構空間、多變的造型和前后分明的照明層次感。