柔性面光源氛围灯技术研究和应用

郑志军，华 成，郑 健，张钧杰，杨壹程，马颖捷

(上汽大众汽车有限公司，上海 201800)

引言

随着汽车行业的发展以及消费者使用需求的提高，对汽车座舱的美观性、舒适度和智能化提出了更高的要求[1，2]。内饰氛围灯作为汽车座舱组成的关键部件，对满足使用者的乘驾感受有着不可替代的作用。目前，内饰氛围灯的技术革新越来越快，其发展趋势向着发光面积更大、色彩更丰富、应用位置更加广泛、功能更加多样而推进[3]。以此为基础，为兼顾氛围灯具与座舱内饰的集成化、柔性化技术和使用要求，集成了透光打孔皮革以及透光人造革等柔性透光内饰表面技术的面光源氛围灯应运而生。

采用柔性透光内饰表面的面光源氛围灯取代了传统的IMD/IML等硬质透光内饰表面技术方案，在保证原有透光图案效果的同时，塑造了更加亲肤的柔软触感和更加丰富多样的图案表现形式，加之不同的动态效果，共同营造出更加柔软舒适的座舱环境、更加温馨的座舱氛围、更加智能的座舱功能，极大提升了汽车驾驶和乘坐感受，其效果如图1所示。

图1 柔性透光内饰表面氛围示意图Fig.1 Schematic diagram of flexible translucent interior surface atmosphere

采用柔性透光内饰表面的面光源氛围也带来了更多应用上的挑战。其采用传统硬质支架、硬质光导、硬质饰板的材料组合，在塑造柔性座舱表面时仅依靠表层的包覆材料特性，效果有限，也极大限制了氛围灯的空间布置需求和应用范围；多个硬质散件的组合意味着更大的重量以及更多的模具设计，其成本亦有增加。因此，在保证传统面光源氛围灯光效、均匀性的基础上，保证氛围灯与座舱集成后的内饰表面具有最大程度的柔软度、保证其灵活的应用范围、保证使用安全性和低成本性，将是今后光源氛围灯开发和使用中需要突破的难点问题。

本文主要结合内饰氛围灯发展趋势及用户切实需求，提出了一种柔性面光源氛围灯设计方案，该柔性面光源氛围灯集重量轻、柔韧性好、空间需求小、应用场景灵活、开发速度快、无需模具时间等优势为一体，集成传统面光源氛围灯高光效、高均匀性的特性，具有较高的使用价值。

1 柔性面光源氛围灯结构组成

本文所述的柔性面光源氛围灯主要由电子部分和光学部分组成，其中电子部分由FPC灯板、FPC排线以及驱动组成，光学部分则是由图案层、Mesh层、基布层、硅胶导光板等部分组成，其整体结构组成如图2所示。

图2 柔性面光源氛围灯结构示意图Fig.2 Flexible surface light source ambient light structure schematic diagram

通过合理设计柔性 FPC排线的长度和驱动的摆放位置，在不影响氛围灯功能的同时，可以摆脱氛围灯空间布置限制。FPC灯板具有一定的柔性，在一定程度上可以适配不同内饰造型，扩大了面光源氛围灯的适用范围。

光学部分的图案层、Mesh层、基布层、硅胶导光板之间则通过胶合的方式固定，随后整体胶合于座舱骨架之上，在不影响光学效果的同时保证了结构的稳定性。其中硅胶导光板采用了柔性的光学硅胶材质，其材质柔软、光学性能优良、具有较好的材料特性，见表1。基布和Mesh则是起到进一步提高灯具外表面柔软度、舒适度的作用。图案层则可以依据实际使用需求定义其发光图案，满足用户使用需求。

表1 硅胶导光板参数

此柔性面光源氛围灯的光学部分作为出光面，可以依据造型需求进行尺寸的裁定，因此开发周期短，无需模具时间。电子部分则依据该尺寸和造型进行电子元器件的型号及数量的设计。与当前发光织物技术相比，该方案采用弹性高的硅胶材料来代替光纤和织物的编制组合，可以与织物、真皮、人造革等柔性软包覆直接胶合，实现集高弹性、高舒适度、高柔软度为一体的座舱发光柔性内饰。

2 柔性面光源氛围灯光学方案设计

硅胶导光板作为柔性面光源氛围灯传导光线的介质，直接影响了光学效果的呈现。而透光膜片(IML/IMD)、带有透光属性的打孔皮革以及透光人造革等透光内饰表面技术的广泛应用，又对导光板亮度和均匀性提出了更高的要求，因此，合理的导光板光学方案设计能够最大限度地将光线从LED引出并均布，使得发光图案亮度更高、均匀性更好。

柔性面光源氛围灯的导光板采用了柔性的硅胶材质，其光效较高，透过率可达92%左右，因此其光效受透光内饰表面技术约束更小，可实现更高的亮度需求。为将导光板内的光线折射至目标图案区域，于导光板上采用丝网印刷工艺，即在硅胶导光板底侧一端的表面上印刷油墨点阵，进行光线路径的更改以保证一定的出光亮度，其丝网印刷点阵可依据实际的亮度需求、面积大小来进行设计，如图3(a)所示。在此基础上，结合电子部分架构，完成氛围灯总成的设计，如图3(b)所示。

图3 柔性面光源氛围灯实物图Fig.3 Flexible surface light source ambient light object picture

3 光学效果验证

3.1 测量方案

为验证该柔性面光源氛围灯实际光学效果，该样件的硅胶导光板采用400 mm×130 mm的尺寸设计，设定其宽边为入光面。该面光源氛围灯的表面图案设计如图4所示(点亮后)。

图4 柔性面光源氛围灯图案设计Fig.4 Flexible surface light source ambient light pattern design

考虑到该柔性面光源氛围灯表层发光图案较为复杂，在进行亮度及均匀性的测量时取点较为困难，为保证亮度和均匀性测量的效率，故以硅胶导光板出光面为测量面，同时在导光板水平中线以及垂直中线上各截取长度为160 mm、80 mm的线段作为测量线，如图5所示。

图5 柔性面光源氛围灯测量线示意图Fig.5 Schematic diagram of the measuring line of flexible surface light source ambient light

3.2 测量结果

测量结果伪彩图如图6(a)所示，其横向亮度曲线变化趋势如图6(b)所示，其纵向的亮度曲线变化趋势如图6(c)所示。由此可见，横向亮度值在120～150 cd/m2之间，纵向亮度值在亮度值在120～150 cd/m2之间，整体亮度较高。同时在纵向及横向分布上，其亮度较为均匀，无明显的亮度突变，可满足正常的使用需求。

图6 (a)亮度伪彩图Fig.6 (a)Brightness pseudo-color map

4 柔性面光源氛围灯动态模式设定

LED模组的可控输入参数包括：RGB颜色、定时器时间、始末亮度值和点亮时序，四个元素相配合可实现不同的动态效果。据此，设计了柔性面光源氛围灯的三种动态模式：闪烁模式、呼吸模式和流水模式。闪烁模式下所有LED模组同步切换相同颜色；呼吸模式下所有LED模组同步切换相同颜色，缓慢调节LED亮度值；流水模式下所有LED模组切换不同颜色，异步调节始末亮度。不同动态模式对应的影响参数见表2。

表2 动态模式的影响参数

针对三种动态模式，对内饰氛围灯在不同车辆状态下的应用场景进行设计，包括正常行驶、刹车提醒、来电提醒等，见表3。以转向模式为例，当检测到车辆转向时，转向提醒场景激活，此时该面光源氛围灯由两侧开始向中间逐一点亮，点亮时间间隔为0.2 s。待全部LED点亮后，保持点亮状态0.2 s，随后全部熄灭，再一次由两侧向中间循环点亮，循环往复，实现特定的流水效果，直至转向操作停止。同时，基于三种动态模式的组合，也可以自定义更加炫酷的动画模式。

表3 部分动态应用场景及动态效果

为了研究柔性面光源氛围灯的实际动态效果表现，应用Android Studio开发出可对该面光源进行无线控制的APP。该软件能够通过蓝牙与柔性面光源氛围灯的硬件控制器进行连接，将手机等移动设备作为客户端与蓝牙的车机进行通信，实现对面光源的开关及动态模式的控制。其控制界面如图8所示，设置有9种应用场景及说明文档。进行柔性面光源氛围灯的开发与测试时，可以很方便地切换应用场景，观察仪表板氛围灯动态效果。

图8 控制界面Fig.8 Control interface

5 结语

通过面光源氛围灯样件试验证明，设计的柔性面光源氛围灯技术方案可有效应用在汽车座舱内，在保证柔性这一基本特性的同时，保证了氛围灯的亮度、氛围灯效果的匹配、新型材料工艺的稳定性和使用安全性、氛围灯的低成本，具有较高的应用前景。

随着新型光学材料以及座舱内饰外包覆材料的持续突破，面光源氛围灯会进一步朝着轻薄化、柔软化、低成本化的趋势发展，为打造全方位、多层次的座舱氛围烘托效果提供了基础。多颗数LED布置方案的灵活应用，为其动态效果的拓展提供了无限可能，除常见安全或功能提示类外，不仅可以实现音乐律动的氛围烘托效果，也可以自行设计动态模式，满足用户的个性化需求，营造更加舒适的座舱环境。因此，在不久的将来，面光源氛围灯对座舱车内饰的个性化、舒适化及智能化进一步创造更大的客户价值。