摘要
氛圍燈發(fā)光均勻性是氛圍燈配光要攻克的主要難點。本文基于直射式、反射式、透射式氛圍燈的不同光學形式和布局，研究了影響其均勻性的主要問題點，如光導微結構加工不到位、工藝問題、發(fā)彩、亮斑或暗斑、透過率問題等，并展示了問題及對應情況，提出了解決這些問題的實用措施，方便大家設計出均勻性更好的各種氛圍燈，促進氛圍燈行業(yè)的發(fā)展。
關鍵詞：均勻性; 氛圍燈; 直射; 反射; 透射; 光導; 色散
隨著汽車技術的不斷發(fā)展與更新,顧客視覺感官需求也在不斷提升?汽車內飾氛圍燈作為表達汽車內飾風格的主要燈光語言,近年來款式越來越多樣化,為了達到不同的駕駛體驗效果,其光學形式也在不斷迭代更新?不同安裝部位的氛圍燈可以通過駕駛員的個性化需求呈現(xiàn)不同的燈光效果,為駕駛體驗帶來愉快放松的感覺?
傳統(tǒng)車型汽車內飾氛圍燈一般安裝在儀表板?中控臺以及車門扶手?車門門板?頂棚等位置,近年來氛圍燈的應用更是普及到空調出風口?杯架?座椅?副儀表?雜物箱?腳踏等各個部件[1-2]?氛圍燈的核心零部件是光導,其決定了照明的效果,工作原理是全內反射,但光線在光導中的傳輸會發(fā)生衰減,導致進光端明顯亮于出光端,且光導越長,亮暗差別越明顯,從而造成發(fā)光不均勻?所以均勻性是汽車內飾氛圍燈的最大難點?
汽車內飾氛圍燈按照發(fā)光形式主要可分為直射式?反射式和透射式3種形式[2-3]?直射式氛圍燈主要采用光導形式,原理為LED光源發(fā)出的光線經過光導和燈罩(一般為擴散材料)后直接進入觀察者視覺范圍?反射式氛圍燈又可分為點光源形式和光導形式,點光源是LED光源發(fā)出的光線經過燈罩后反射至車身被照面后進入觀察者視覺范圍,光導式是LED光源發(fā)出的光線經過光導或光導和燈罩(一般為擴散材料)后再反射至車身被照面后進入觀察者視覺范圍?另外,光導的材料通常分為硬質光導和柔性光導兩種[4-5],柔性光導由于成本較高,結構固定困難等問題一般較少使用?透射式氛圍燈與前兩者的區(qū)別主要是在光導或者光導板外布置一層帶有特殊工藝和個性圖案的透光膜片,在白天不點亮狀態(tài)下隱藏于內飾板下,夜間點亮則可呈現(xiàn)不同顏色不同狀態(tài)的發(fā)光圖案,視覺體驗更豐富?
影響上述3種不同類型的氛圍燈點亮均勻性的因素有同有異,本文主要研究這3種類別氛圍燈的照明均勻性,提出改善均勻性的措施?
直射式氛圍燈
光學形式與布局
如圖1所示，直射式氛圍燈通常由LED模組，光導，擴散材料燈罩，光導支架以及車身蓋板這幾部分零部件組成，其工作原理是光線由LED模組發(fā)出，經光導光學齒反射和折射，照射到擴散材料燈罩表面，形成一條亮度均勻的光帶;或由LED密布在擴散材料燈罩后方，通過控制LED與擴散材料透光燈罩的間距和燈罩的擴散性，從而達到均勻的發(fā)光效果。LED密布方案近年來由于成本較高，空間需求大等問題已經逐漸被市場淘汰，目前市場主流趨勢多采用光導直射方案，均勻性效果和亮度都較佳。
影響均勻性因素的常見問題點及解決措施
光導點亮燈光不均( 頭亮尾暗) ( 圖 2、圖 3)
原因:由于光導加工過程中光導齒加工不到位,例如R角未達到設計要求,光導齒注塑欠注,有飛邊?留痕等缺陷,或光導模具拋光不徹底等原因(見圖3),造成能量在光導前部損失過多,光線無法傳輸至光導末端,影響均勻性效果?
解決措施:對產品R角,齒高,粗糙度進行測試,與設計數據對比,模具進行修整與拋光?
光導點亮出現(xiàn)間隔較均勻的亮斑或暗斑( 見圖4)
原因：
1)在生產過程中光導與光導支架卡角尺寸干涉，或發(fā)光面與內飾配合件干涉，兩者觸碰擠壓導致光導損傷，形成亮斑;
2)卡角亮斑加上周邊區(qū)域由于亮斑光線損耗過多，形成暗斑。
解決措施：
1)在保證結構強度穩(wěn)定的前提下，盡量減少光導與支架之間的卡角，或將安裝卡角設置在非出光區(qū)域。
2)設計過程中預留一定程度間隙，避免0貼，防止后續(xù)因為產品變形等原因導致干涉。
3)光導設計中與內飾配合件之間預留公差，防止兩者過盈導致干涉。
光導頭部有較明顯亮斑( 見圖 5)
原因:
1)由于空間不足導致光導拐角漏光形成亮斑;
2)由于注塑過程中澆口修剪不平整導致漏光。
解決措施:
1)在光導拐角處增加擋光護套(如熱縮管等);
2)優(yōu)化澆口修剪工藝，或將澆口移動至盡量遠離出光區(qū)域。
點亮過程中光導頭尾色差較大，尾部發(fā)黃影
響光色均勻性( 見圖 6)
原因: 光導在注塑過程中，模溫或料溫過高，打料 過程中烘料時間過長，導致材料發(fā)黃。
解決措施: 根據光導長度調試工藝，控制裸光導點亮狀態(tài)頭尾色差△Cx、△Cy 在 0． 02 以內，使用體積小的料筒，縮短烘料時間。
光導出光面前端部分顏色發(fā)彩
原因：由RGB三色芯片發(fā)出的光線進入光導混色距離不夠，導致混色不夠充分，形成色散現(xiàn)象。
解決措施：設計模擬過程中在光導進光端預留足夠的混色距離(通常不低于30mm)以保證ＲGB三色的充分融合(見圖7)，且混色區(qū)不建議設計光導微結構，盡量保證出光面的光潔。
反射式點光源氛圍燈
光學形式與布局
如圖8所示，反射式點光源氛圍燈通常由LED模組、擴散材料燈罩、殼體、車身周邊件、被照面這幾部分零部件組成，單色光的點光源氛圍燈就是常見的室內燈，這里寫的是ＲGB光源的反射式點光源氛圍燈。其工作原理是光線由LED模組發(fā)出，照射到擴散材料燈罩表面，經過車身周邊件的開口照到被照面上。因為光源為ＲGB，就注定了不能加光學花紋，燈罩也必須是光面，否則就會發(fā)生色散。
影響均勻性因素的常見問題點及解決措施
被照面上照亮后色散( 見圖 9)
原因：反射式ＲGB點光源氛圍燈因為結構上沒有空間來提升混光效果，點亮時燈罩出光面上的光是色散的，燈與被照面的距離短時被照面上照亮后也是色散的。
解決措施：燈罩厚度加厚或者換擴散性更好的散射材料來提升混光效果。
同樣的燈無法滿足不同位置的亮度值、照亮
區(qū)域和效果一致( 見圖 10)
原因：不同位置處燈與被照面的距離、角度不一致，不同位置的被照面面型也不一致。
解決措施：調整不同位置的燈的擺放和車身周邊件的開口形狀和尺寸。
反射式光導氛圍燈
光學形式與布局
反射式光導氛圍燈有兩種結構。一種是由LED模組、光導、擴散材料燈罩、光導支架、蓋板、被照面這幾部分零部件組成，如圖11(a)所示，其工作原理是光線由LED模組發(fā)出，經光導光學齒反射和折射，照射到擴散材料燈罩表面，形成一條亮度均勻的光帶，再照到被照面上，在被照面上形成一片橫向亮度均勻、縱向亮度漸變的照亮區(qū)域，觀察者可以做到只見燈光不見燈，更符合現(xiàn)代人的審美需求，越來越受到主機廠的青睞。另一種結構是由LED模組、光導、光導支架、蓋板、被照面這幾部分零部件組成，如圖11(b)所示，其工作原理是光線由LED模組發(fā)出，經光導光學齒反射和折射，照射到被照面上，在被照面上形成一片橫向亮度均勻、縱向亮度漸變的照亮區(qū)域，這種結構可以節(jié)省空間，還可以減少一個燈罩件來降低成本，所以這種結構的反射式光導氛圍燈采用得更多。
影響均勻性因素的常見問題點及解決措施
反射式光導氛圍燈，特別是圖 11( a) 的結構，和 直射式氛圍燈擁有一樣的氛圍燈燈體結構，所以直射 式氛圍燈影響點亮均勻性的問題點及其對應的解決 措施也同樣適用于反射式光導氛圍燈。下面列舉一 些其他的影響點亮均勻性的關鍵問題點及其對應的 解決措施。
被照面上照亮后有齒印，點亮燈光不均( 見圖12)
原因:
1)由于空間不足，光導與被照面距離太近;
2)光導過長，能量無余量，齒間距無法縮小。導致光導齒的齒印都清晰地投到了被照面上，點亮燈光不均。
解決措施:
1)有燈罩結構時可以把燈罩材料換成擴散性更好的散射材料。
2)光導齒上加左右擴散，把從光導齒出射的光擴開。
被照面倒角處點亮后出現(xiàn)亮斑或暗斑( 見圖13)
原因: 被照面倒角處與被照面上其他區(qū)域的曲率不連續(xù)，面型不光順，光打到這個位置的亮度值和其 他位置不一樣，即產生亮斑或暗斑。
解決措施: 找到光導上照到被照面倒角處對應的光導齒，單獨調整這幾根光導齒的結構，優(yōu)化到均勻 的狀態(tài)，注意這幾根齒和周邊其他齒的結構要慢慢漸 變，齒的結構突變也會導致在其他觀測角度出現(xiàn)亮斑 和暗斑。
被照面點亮后一端存在暗區(qū)( 見圖 14)
原因:
1)左端開口縫隙比其他區(qū)域小，導致左邊亮度低，出現(xiàn)暗區(qū);
2)空間限制，光導無法與被照面平行，左端光導需要拐彎上抬或后移，導致左邊亮度低，出現(xiàn)暗區(qū)。
解決措施:
1)盡早提醒客戶問題點，建議客戶調整開口縫隙至盡量一致或將該區(qū)域改為不出光、減小出光長度;
2)將拐角半徑增大即光順光導趨勢使曲率慢慢漸變;
3)根據點亮結果優(yōu)化光導齒參數來從設計方案上增大亮度值。
被照面點亮后橫向照亮寬度不一致( 見圖15)
原因:
1) 被照面趨勢不一致，橫向中間處被照面縱向上斜率小，兩側斜率大趨于豎直，導致中心照亮寬度比兩側大;
2) 被照面趨勢不一致，橫向中間向內凹，造型限制，光導到被照面距離不等，導致中心照亮 寬度更大，最終使得橫向照亮寬度不一致。
解決措施:
1) 盡早提醒客戶問題點，建議客戶優(yōu)化被照面趨勢使得橫向、縱向差異變小;
2) 優(yōu)化光導齒長度，從設計方案上優(yōu)化點亮寬度至一致。
透射式氛圍燈
光學形式與布局
如圖 16 所示，透射式氛圍燈通常由 LED 模組、 光導或光導板、光導支架、透光基材和透光膜片，以及 車身蓋板這幾部分零部件組成。其工作原理是光線由 LED 模組發(fā)出，經光導或光導板光學齒反射和折射，照射到透光膜片上形成一片較為均勻的面光源， 再通過透光膜片的圖案形成帶有豐富造型的律動點 亮效果。
影響均勻性因素的常見問題點及解決措施
由于透射式氛圍燈與直射式氛圍燈有一些共性問題點(如點亮不均，亮暗斑明顯，頭尾色差，色散現(xiàn)象)在設計及開發(fā)過程中的解決方案類似，在此不再贅述。下面列舉一些個性問題點。
光導/光導板點亮顏色整體發(fā)紅( 見圖 17)
原因: 光導板變形導致光導進光端與 LED 間距過小，發(fā)生碰撞，導致 LED 顆粒溫度過熱，散熱出現(xiàn)異常，產生顏色偏差。
解決措施:
1) 設計階段規(guī)范 LED 與光導之間最 小間距，保證熱量無風險;
2) 設計過程中為實際產品 預留一定的變形量公差，降低風險;
3) 批產件檢測產 品變形量、克重等因素，確保產品滿足設計狀態(tài);
模具工藝提前考慮產品變形收縮率等因素，并配合批產件調整工藝。
點亮整體亮度偏低( 不滿足設計狀態(tài))
原因:
1) 透光膜片透過率低于設計狀態(tài)，導致亮 度值不滿足設計要求;
2) 光導支架材料反射率低于 設計狀態(tài)( 顏色與定義材料不符) ( 見圖 18) ;
3) 光導 齒加工不到位，導致光損失較多。
解決措施:
1) 優(yōu)化膜片工藝，為保證生產偏差，定義透過率公差帶;
2) 設計過程中按照材料樣板實測反射率等光學參數，保 證實物材料特性與光學提供的樣板符合;
3) 對產品Ｒ角，齒高，粗糙度進行測試，與設計數據對比，模具進行修整與拋光。
點亮時透過膜片點亮效果出現(xiàn)斑點狀態(tài)( 見圖 19)
原因: 膜片基材為透明聚碳酸酯( PC) + 膜片，無法遮擋光導板光學微結構點亮的圖案。
解決措施: 在膜片透明 PC 基材中添加一定比例 的擴散劑，使光線進入基材發(fā)生散射，消除光導板花 紋本身的亮點，達到均勻圖案的效果。
結 論
本文基于直射式、反射式、透射式氛圍燈的不同光學形式和布局，詳細列舉了影響各種形式氛圍燈均 勻性的問題點，并針對每項問題點產生的原因進行了明確的分析，基于不同種類的問題點都提出了針對性的解決措施，對于氛圍燈的設計和整改經驗有了更清晰的參考案例，有利于后續(xù)同類型光學方案的參考和優(yōu)化，便于提升設計效率，縮短生產周期，對內飾氛圍燈行業(yè)內產生的共性問題具有深刻的參考意義，有助于促進車燈內飾燈具行業(yè)的發(fā)展。
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