汽车照明系统均匀面发光技术综述

黄益

摘 要：随着我国经济的迅速增长，汽车已经进入了普通百姓的家庭，汽车的不仅是个交通工具，还越来越承载着的驾驶的个性，从普通内外饰件装潢，到发动机、底盘系统的调教，随着技术革新和个性化的发展，消费者往往希望在个人的私家用车上体现个性化的元素。传统的车灯技术也在逐步发展，从基本的照明、信号功能也逐步迭代出可编辑可变化的动态造型特征，均匀面发光技术是一个比较好的技术载体。本论文讨论了近些年均匀面发光技术的类型，发展方向和应用成果。

关键词：均与面发光;OLED;微花纹

1 OLED 光源技术

OLED（Organiclight-emittingdiode，有机发光二极管），是指有机半导体材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的器件。其器件结构主要包括基板、透明电极、有机发光层等。工作原理如下图所示，是在电场驱动下，电子和空穴注入到有机半导体层复合发光，其底基多采用无机物玻璃，并在周边通过密封隔绝外界氧气对内部有机物的腐蚀，防止对有机发光材料的腐蚀。

OLED是平面光源，可以实现蓝、绿、红等多种颜色的产品定制，以白光产品为例，由于OLED在没有任何处理的纯净的状态下拥有相当于自然光的光譜分布，且不含紫外、红外辐射，也无蓝光危害。因此OLED可以说是一种环保高效的绿色光源，是目前光源中，最为友好的光源。OLED光源自身具有：防眩目、自身发热低、无发出紫外线、厚度薄 & 重量轻、显色性好（CRI > 90）的特点。由于材料及结构的特殊性，在形态上还可以实现柔性弯曲、透明化的效果，未来将会拓展到更广泛的应用领域，使其可制备成柔性、透明、色温可调的屏体，将基板材料改为塑料薄膜等柔性基版，还可实现柔性屏体。选取适当的透明电极以及透明基板，还可制作出透明OLED屏体。所以可以广泛应用于显示技术、可穿戴和民用照明领域。

机动车信号灯各功能的法规亮度要求范围，从目前现有技术的OLED亮度水平来看，深红光和浅红光的色坐标CIE-x，y（典型值）分别可以达到（0.663，0.330）和（0.683，0.314），单位面积亮度可以达到1000cd/m2，所以完全可以满足后位置灯的亮度水平，调整颜色后也可以满足侧转向灯的设计需要。另外，由于OLED自由化的均匀面发光方式，让尾灯造型实现了更丰富、立体的造型外观质感，并由于其光源定制化的设计特点，让造型师摆脱了空间与抛物反射面的结构限制，让汽车尾灯设计能有较大突破。所以奥迪在其高端OLED尾灯产品车型上也主要应用于后位置灯的造型设计，并且取得了不错的品牌口碑。

但正如万物总有两面性，OLED光源并不是下一代汽车信号灯光源的发展方向呢？OLED光源存在哪些不足呢？

1）成本高：OLED光源多采用定制化设计生产方案，且不同厂家间的品牌设计元素千差万别，各厂家对品牌特征的专注度，要求也不同，布局空间尺寸也不同，车用OLED光源很难在民用照明上一样找到平台化、共用化的解决方案，且每台车的目标产量也不同，所以必须对每种光源设计元素定制专有的模具，确保设计、生产的控制需求，所以OLED光源的生产、管控成本是相对较高的。

2）寿命短：OLED光源在机动车应用上还存在一个关键的门槛—使用寿命和维护成本。一般国家对于机动车零部件的管控都实行了三包质量要求，个别厂家甚至实施了更为严格的质量管控要求。作为不可替换的OLED光源寿命是怎样的呢？已知，在某产品在实验室环境下，来评估OLED光源的可靠性，相关寿命数据如下，在高温高湿的环境下，深红光OLED持续点亮可以超过2000小时，浅红光可以超过1000小时;在高低温冲击试验环境下，深红光点亮可以超过3000小时，浅红光可以超过1300小时。

同时在机动车上，照明灯具还存在长时间阳光曝晒等恶劣天气的影响，借用红外氙灯模拟阳光辐射，对测试片进行模拟曝晒。当屏体亮度衰减到94%，电压上升0.19V时，实际时间4700H，辐射剂量为辐照强度和时间乘积，换算至20W/m2，耐久寿命时间可以达到7544H（按照每天点8小时，预估可以满足2年半的使用寿命）。这与LED光源光衰达到70%的标称寿命是10万小时的性能对比，从满足机动车使用维护的角度来看，两者性能差异还是比较巨大的。

目前常见的失效表现在于，光源亮度光衰、发光区域小颗粒（0.4mm）黑点、单片密封不良失效等现象。受制于成本和寿命瓶颈，市场上的OLED尾灯汽车产品多集中在概念车，以及小批量高端豪华品牌车型上存在应用，今年来也有个别造车新势力也在尝试OLED相关产品的小批量试制。近年来Philips和OSRAM先后放弃了车规级OLED光源的试制和研发，现有车规级OLED光源供应商有LG和翌光，在进一步提升OLED光源产品的可靠性。

2 其他立体均匀面发光技术

扩散材料发光技术：一种将LED光源封装在总成内部，LED发出的光均匀地发射到内部的导光介质中（高均匀性、柔性材料），并在外部涂抹一种使得发光体改变颜色的色漆，使得其可以实现信号灯不同功能的需求。虽然该方案可以实现较为均匀的面发光，但从样品图片可以看出，因其需要在外部涂抹带有颜色的色漆，在非点亮状态下可以看到色漆，不够通透，无法做到造型通透的要求。

侧发光LED技术：一种将LED垂直于出光面放置，光线通过与LED封装在一起的光线扩散介质，均匀射出，实现面发光效果。该方案同样可以实现较为均匀的面发光，相较于Surface LED具有更好的立体效果，且无需喷漆处理，但因导光介质的存在，其在非点亮状态下仍然无法达到通透的效果。

微花纹技术：利用曲面的折射原理，将所收集的原本呈高斯分布的LED光线均匀分布到全反射面上，在全反射面的全反射作用下，LED发射的光线均匀分布到出射面，并通

过出射面均匀发出，形成均匀的面发光点灯。系统的关键点是控制单个台阶小平面尺寸大小为0.30mm*0.30mm，台阶小平面以倾斜状设置于所述基面上，其倾斜角度与入射到该台阶小平面的光线夹角保持不变。这样，确保台阶小平面全反射后的光线朝向一致，均匀较大发光面，同时具备较小的结构空间、多变的造型和前后分明的照明层次感。