柔性面光源氛圍燈技術研究和應用

鄭志軍，華 成，鄭 健，張鈞杰，楊壹程，馬穎捷

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201800)

引言

隨著汽車行業的發展以及消費者使用需求的提高，對汽車座艙的美觀性、舒適度和智能化提出了更高的要求[1，2]。內飾氛圍燈作為汽車座艙組成的關鍵部件，對滿足使用者的乘駕感受有著不可替代的作用。目前，內飾氛圍燈的技術革新越來越快，其發展趨勢向著發光面積更大、色彩更豐富、應用位置更加廣泛、功能更加多樣而推進[3]。以此為基礎，為兼顧氛圍燈具與座艙內飾的集成化、柔性化技術和使用要求，集成了透光打孔皮革以及透光人造革等柔性透光內飾表面技術的面光源氛圍燈應運而生。

采用柔性透光內飾表面的面光源氛圍燈取代了傳統的IMD/IML等硬質透光內飾表面技術方案，在保證原有透光圖案效果的同時，塑造了更加親膚的柔軟觸感和更加豐富多樣的圖案表現形式，加之不同的動態效果，共同營造出更加柔軟舒適的座艙環境、更加溫馨的座艙氛圍、更加智能的座艙功能，極大提升了汽車駕駛和乘坐感受，其效果如圖1所示。

圖1 柔性透光內飾表面氛圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of flexible translucent interior surface atmosphere

采用柔性透光內飾表面的面光源氛圍也帶來了更多應用上的挑戰。其采用傳統硬質支架、硬質光導、硬質飾板的材料組合，在塑造柔性座艙表面時僅依靠表層的包覆材料特性，效果有限，也極大限制了氛圍燈的空間布置需求和應用范圍；多個硬質散件的組合意味著更大的重量以及更多的模具設計，其成本亦有增加。因此，在保證傳統面光源氛圍燈光效、均勻性的基礎上，保證氛圍燈與座艙集成后的內飾表面具有最大程度的柔軟度、保證其靈活的應用范圍、保證使用安全性和低成本性，將是今后光源氛圍燈開發和使用中需要突破的難點問題。

本文主要結合內飾氛圍燈發展趨勢及用戶切實需求，提出了一種柔性面光源氛圍燈設計方案，該柔性面光源氛圍燈集重量輕、柔韌性好、空間需求小、應用場景靈活、開發速度快、無需模具時間等優勢為一體，集成傳統面光源氛圍燈高光效、高均勻性的特性，具有較高的使用價值。

1 柔性面光源氛圍燈結構組成

本文所述的柔性面光源氛圍燈主要由電子部分和光學部分組成，其中電子部分由FPC燈板、FPC排線以及驅動組成，光學部分則是由圖案層、Mesh層、基布層、硅膠導光板等部分組成，其整體結構組成如圖2所示。

圖2 柔性面光源氛圍燈結構示意圖Fig.2 Flexible surface light source ambient light structure schematic diagram

通過合理設計柔性 FPC排線的長度和驅動的擺放位置，在不影響氛圍燈功能的同時，可以擺脫氛圍燈空間布置限制。FPC燈板具有一定的柔性，在一定程度上可以適配不同內飾造型，擴大了面光源氛圍燈的適用范圍。

光學部分的圖案層、Mesh層、基布層、硅膠導光板之間則通過膠合的方式固定，隨后整體膠合于座艙骨架之上，在不影響光學效果的同時保證了結構的穩定性。其中硅膠導光板采用了柔性的光學硅膠材質，其材質柔軟、光學性能優良、具有較好的材料特性，見表1?；己蚆esh則是起到進一步提高燈具外表面柔軟度、舒適度的作用。圖案層則可以依據實際使用需求定義其發光圖案，滿足用戶使用需求。

表1 硅膠導光板參數

此柔性面光源氛圍燈的光學部分作為出光面，可以依據造型需求進行尺寸的裁定，因此開發周期短，無需模具時間。電子部分則依據該尺寸和造型進行電子元器件的型號及數量的設計。與當前發光織物技術相比，該方案采用彈性高的硅膠材料來代替光纖和織物的編制組合，可以與織物、真皮、人造革等柔性軟包覆直接膠合，實現集高彈性、高舒適度、高柔軟度為一體的座艙發光柔性內飾。

2 柔性面光源氛圍燈光學方案設計

硅膠導光板作為柔性面光源氛圍燈傳導光線的介質，直接影響了光學效果的呈現。而透光膜片(IML/IMD)、帶有透光屬性的打孔皮革以及透光人造革等透光內飾表面技術的廣泛應用，又對導光板亮度和均勻性提出了更高的要求，因此，合理的導光板光學方案設計能夠最大限度地將光線從LED引出并均布，使得發光圖案亮度更高、均勻性更好。

柔性面光源氛圍燈的導光板采用了柔性的硅膠材質，其光效較高，透過率可達92%左右，因此其光效受透光內飾表面技術約束更小，可實現更高的亮度需求。為將導光板內的光線折射至目標圖案區域，于導光板上采用絲網印刷工藝，即在硅膠導光板底側一端的表面上印刷油墨點陣，進行光線路徑的更改以保證一定的出光亮度，其絲網印刷點陣可依據實際的亮度需求、面積大小來進行設計，如圖3(a)所示。在此基礎上，結合電子部分架構，完成氛圍燈總成的設計，如圖3(b)所示。

圖3 柔性面光源氛圍燈實物圖Fig.3 Flexible surface light source ambient light object picture

3 光學效果驗證

3.1 測量方案

為驗證該柔性面光源氛圍燈實際光學效果，該樣件的硅膠導光板采用400 mm×130 mm的尺寸設計，設定其寬邊為入光面。該面光源氛圍燈的表面圖案設計如圖4所示(點亮后)。

圖4 柔性面光源氛圍燈圖案設計Fig.4 Flexible surface light source ambient light pattern design

考慮到該柔性面光源氛圍燈表層發光圖案較為復雜，在進行亮度及均勻性的測量時取點較為困難，為保證亮度和均勻性測量的效率，故以硅膠導光板出光面為測量面，同時在導光板水平中線以及垂直中線上各截取長度為160 mm、80 mm的線段作為測量線，如圖5所示。

圖5 柔性面光源氛圍燈測量線示意圖Fig.5 Schematic diagram of the measuring line of flexible surface light source ambient light

3.2 測量結果

測量結果偽彩圖如圖6(a)所示，其橫向亮度曲線變化趨勢如圖6(b)所示，其縱向的亮度曲線變化趨勢如圖6(c)所示。由此可見，橫向亮度值在120～150 cd/m2之間，縱向亮度值在亮度值在120～150 cd/m2之間，整體亮度較高。同時在縱向及橫向分布上，其亮度較為均勻，無明顯的亮度突變，可滿足正常的使用需求。

圖6 (a)亮度偽彩圖Fig.6 (a)Brightness pseudo-color map

4 柔性面光源氛圍燈動態模式設定

LED模組的可控輸入參數包括：RGB顏色、定時器時間、始末亮度值和點亮時序，四個元素相配合可實現不同的動態效果。據此，設計了柔性面光源氛圍燈的三種動態模式：閃爍模式、呼吸模式和流水模式。閃爍模式下所有LED模組同步切換相同顏色；呼吸模式下所有LED模組同步切換相同顏色，緩慢調節LED亮度值；流水模式下所有LED模組切換不同顏色，異步調節始末亮度。不同動態模式對應的影響參數見表2。

表2 動態模式的影響參數

針對三種動態模式，對內飾氛圍燈在不同車輛狀態下的應用場景進行設計，包括正常行駛、剎車提醒、來電提醒等，見表3。以轉向模式為例，當檢測到車輛轉向時，轉向提醒場景激活，此時該面光源氛圍燈由兩側開始向中間逐一點亮，點亮時間間隔為0.2 s。待全部LED點亮后，保持點亮狀態0.2 s，隨后全部熄滅，再一次由兩側向中間循環點亮，循環往復，實現特定的流水效果，直至轉向操作停止。同時，基于三種動態模式的組合，也可以自定義更加炫酷的動畫模式。

表3 部分動態應用場景及動態效果

為了研究柔性面光源氛圍燈的實際動態效果表現，應用Android Studio開發出可對該面光源進行無線控制的APP。該軟件能夠通過藍牙與柔性面光源氛圍燈的硬件控制器進行連接，將手機等移動設備作為客戶端與藍牙的車機進行通信，實現對面光源的開關及動態模式的控制。其控制界面如圖8所示，設置有9種應用場景及說明文檔。進行柔性面光源氛圍燈的開發與測試時，可以很方便地切換應用場景，觀察儀表板氛圍燈動態效果。

圖8 控制界面Fig.8 Control interface

5 結語

通過面光源氛圍燈樣件試驗證明，設計的柔性面光源氛圍燈技術方案可有效應用在汽車座艙內，在保證柔性這一基本特性的同時，保證了氛圍燈的亮度、氛圍燈效果的匹配、新型材料工藝的穩定性和使用安全性、氛圍燈的低成本，具有較高的應用前景。

隨著新型光學材料以及座艙內飾外包覆材料的持續突破，面光源氛圍燈會進一步朝著輕薄化、柔軟化、低成本化的趨勢發展，為打造全方位、多層次的座艙氛圍烘托效果提供了基礎。多顆數LED布置方案的靈活應用，為其動態效果的拓展提供了無限可能，除常見安全或功能提示類外，不僅可以實現音樂律動的氛圍烘托效果，也可以自行設計動態模式，滿足用戶的個性化需求，營造更加舒適的座艙環境。因此，在不久的將來，面光源氛圍燈對座艙車內飾的個性化、舒適化及智能化進一步創造更大的客戶價值。