高坤

摘 要：汽車信號(hào)燈作為整車造型中一個(gè)重要的因素，扮演越來(lái)越重要的角色。基于過(guò)往20年里的發(fā)展，隨著各種新材料新技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的技術(shù)方案也越來(lái)越多樣化。本文簡(jiǎn)單的介紹了汽車信號(hào)燈技術(shù)的發(fā)展歷史，針對(duì)目前市場(chǎng)上常用的實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的若干技術(shù)方案進(jìn)行介紹，以及適用于各種方案的材料其使用條件。

關(guān)鍵詞：汽車信號(hào)燈 發(fā)展歷史 技術(shù)方案和材料應(yīng)用

A Brief Discussion about the Technical Scheme and Material Application of Automobile Signal Lamp

Gao Kun

Abstract：As an important factor in vehicle styling， automobile signal lights play an increasingly important role. Based on the development of the past 20 years， with the application of various new materials and technologies， the technical solutions to realize signal lights are becoming more and more diversified. This article briefly introduces the development history of automobile signal lamp technology， and introduces several technical schemes commonly used in the market to realize signal lamps， and the conditions of use of materials suitable for various schemes.

Key words：car signal lights， development history， technical solutions and material applications.

1 引言

21世紀(jì)，人民生活水平不斷提高，對(duì)于汽車的需求，尤其是美學(xué)需求也在持續(xù)增加，而車燈作為整車造型中至關(guān)重要的一部分，也日益凸顯出其重要性。對(duì)于車燈的需求不僅要滿足基礎(chǔ)的功能性，同時(shí)要有科技感，美感。信號(hào)燈作為車燈里裝飾的重要部分，在近20年里發(fā)展迅速。

2 汽車信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案

2.1 汽車信號(hào)燈技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介

車燈在車輛的行駛過(guò)程中除了提供必要的路面照明（遠(yuǎn)近光，角燈等）外，另一個(gè)重要的功能就是給其它的車輛或者行人發(fā)出（標(biāo)志）或者警示功能，使其注意安全。車燈的信號(hào)燈主要包括日間行車燈，位置燈，轉(zhuǎn)向燈，制動(dòng)燈等。20世紀(jì)90年代前的車燈信號(hào)燈大多都是通過(guò)各種燈泡配合反光碗實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)階段更側(cè)重于滿足法規(guī)的要求，造型的自由度受限。因?yàn)闊襞葑鳛楣庠?，尺寸比較大，需要匹配滿足法規(guī)的反光碗尺寸也相對(duì)較大。此時(shí)的車燈美學(xué)上有所不足。2000年左右，為了更突出品牌造型的特征，實(shí)現(xiàn)造型的各種炫酷創(chuàng)意，傳統(tǒng)的光源技術(shù)已經(jīng)滿足不了此時(shí)的需要了。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，給車燈信號(hào)燈的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的自由度。LED因?yàn)槠渥陨沓叽缧?，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。給了設(shè)計(jì)更多嘗試的可能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的技術(shù)變的多種多樣，比如LED和反光碗的組合的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)車燈信號(hào)燈。進(jìn)一步的發(fā)展，大家對(duì)于均勻性的需要增加，LED和光導(dǎo)的組合給了實(shí)現(xiàn)造型新的可能，光導(dǎo)技術(shù)開始突飛猛進(jìn)。隨著時(shí)間的發(fā)展2010年前后，整車廠日益追求個(gè)性和自身品牌的辨識(shí)度。車燈里的信號(hào)燈造型設(shè)計(jì)已經(jīng)不僅僅是要滿足法規(guī)這個(gè)基礎(chǔ)功能，還是突出汽車品牌的重要介質(zhì)，同時(shí)越來(lái)越多的新技術(shù)和新材料被應(yīng)用到車燈信號(hào)燈上，如光導(dǎo)技術(shù)，厚壁，OLED，動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮等。

2.2 目前市場(chǎng)上常用的車燈信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)技術(shù)

當(dāng)然目前市場(chǎng)的大趨勢(shì)是通過(guò)LED光源實(shí)現(xiàn)。通過(guò)LED光源實(shí)現(xiàn)包括以下3種主要形式：反光碗，光導(dǎo)和厚壁，如圖1所示。

2.2.1 反光碗實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的方式又包括反射式和直射式兩種。直射式這種方式可能存在點(diǎn)亮效果缺陷，即可以看到LED直射出來(lái)的光，有可能會(huì)有一個(gè)極大的點(diǎn)亮亮斑。反射式分兩種，一種是將LED置于上方，一種是將LED置于下方。將LED置于下方，有可能在直視車燈的時(shí)候，直接看到整顆LED，同樣可以看到LED直射的光。將LED置于上方是目前市場(chǎng)上采用較多的一種實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)榇藭r(shí)LED位于上方，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的出光面對(duì)應(yīng)的是反光碗，不存在會(huì)直接看到LED的風(fēng)險(xiǎn)，消除了直視LED的可能，提升了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的均勻性。對(duì)于反光碗這種實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮的方式還可以根據(jù)客戶的具體需要，在其前方放置內(nèi)配鏡，內(nèi)配鏡可以是透明的;也可以是有光學(xué)花紋的，可以內(nèi)外表面均有光學(xué)花紋，也可以只有單層有光學(xué)花紋;也可以是加皮紋的，同理光學(xué)花紋，可以內(nèi)外表面均有皮紋，也可以只有單層有皮紋。也可以內(nèi)配鏡的一側(cè)，加光學(xué)花紋，一側(cè)加光學(xué)皮紋。此時(shí)的光學(xué)花紋和皮紋的添加方式，根據(jù)具體的造型和法規(guī)要求。

2.2.2 得益于LED光源的應(yīng)用，光導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用在車燈行業(yè)，光導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)基本原理，就是通過(guò)光的折射定律。光導(dǎo)給了造型極大的設(shè)計(jì)自由度，光導(dǎo)點(diǎn)亮后均勻性表現(xiàn)較好。整車廠通過(guò)光導(dǎo)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自身品牌家族臉譜化，比如寶馬的天使眼，最初就是通過(guò)光導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，而后不斷演變升級(jí)。為了實(shí)現(xiàn)更多的點(diǎn)亮效果，光導(dǎo)還可以和其它光學(xué)元器件搭配使用，比如光導(dǎo)和內(nèi)配鏡組合，可以在內(nèi)配鏡上加光學(xué)花紋，或者皮紋，或者是乳白色體散射材料（通常用于尾燈），進(jìn)一步的提升其均勻性，增加造型的多樣性;還可以在光導(dǎo)的后方放置厚壁，這樣利用厚壁件可以順序依次點(diǎn)亮每個(gè)單元的情況，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向燈的動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮，或者迎賓燈的功能。光導(dǎo)位于厚壁件前方，當(dāng)點(diǎn)亮整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，可見的是光導(dǎo)的點(diǎn)亮效果，保證整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)亮效果能夠達(dá)到較優(yōu)狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)造型更多的可能性，也可以在厚壁加光導(dǎo)的光學(xué)系統(tǒng)前方加內(nèi)配鏡，內(nèi)配鏡可以根據(jù)具體的造型實(shí)際要求，增加花紋，皮紋。或者在厚壁加光導(dǎo)的光學(xué)系統(tǒng)前方加厚壁結(jié)構(gòu)，此時(shí)的厚壁結(jié)構(gòu)可能是單純?cè)黾雍穸?，比如從常?guī)的3mm內(nèi)透鏡，增加到50mm的厚壁結(jié)構(gòu)。也可以是在其內(nèi)外表面有光學(xué)花紋或者皮紋的厚壁結(jié)構(gòu)。在光學(xué)系統(tǒng)前方再增加厚壁結(jié)構(gòu)大多是為了美觀而不是出于功能性的考慮。因?yàn)槲挥诠鈱?dǎo)后方的厚壁是具有光學(xué)準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)的厚壁結(jié)構(gòu)。而位于光導(dǎo)前方的厚壁結(jié)構(gòu)，只是出于美觀或者均勻性提升的考慮。

2.2.3 第三種實(shí)現(xiàn)信號(hào)的方案是厚壁。所謂厚壁其實(shí)現(xiàn)原理，同樣是光的折射定律，在LED發(fā)出的光經(jīng)過(guò)厚壁入光端的光學(xué)準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，保證能夠更多的利用LED發(fā)出的光，準(zhǔn)直后的光沿著厚壁的造型傳播，在厚壁的出光面上做各種枕式或者條狀配光花紋，以滿足相應(yīng)功能的法規(guī)要求。以上是直射式的厚壁工作原理，可是實(shí)際情況下出于造型，空間，成本等諸多方面的考慮，需要使用彎折式的厚壁。其工作原理和直射式類似，LED發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器后是豎直的方向傳播，根據(jù)造型和空間的需要決定更改光的傳播方向，更改的方式是通過(guò)做讓光進(jìn)行全反射的45度斜面實(shí)現(xiàn)，將光的傳播方式更改為水平方向傳播。最后在光出射的面上做各種枕式或者條狀配光花紋，以滿足相應(yīng)功能的法規(guī)要求。厚壁較光導(dǎo)來(lái)說(shuō)最大的優(yōu)勢(shì)是，由于其由若干個(gè)子單元陣列實(shí)現(xiàn)整體造型的，因此可以順序點(diǎn)亮每個(gè)子單元，從而實(shí)現(xiàn)如轉(zhuǎn)向燈的動(dòng)態(tài)流水功能，或者可以通過(guò)電路控制不同的點(diǎn)亮形式和方式，實(shí)現(xiàn)炫酷的迎賓燈功能。

4 汽車信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)的材料應(yīng)用

4.1 基于上面的分析，目前常用的實(shí)現(xiàn)方式是反光碗，光導(dǎo)以及厚壁。反光碗可以通過(guò)PC或者ABS或者BMC材料注塑后鍍鋁實(shí)現(xiàn)，成為設(shè)計(jì)的信號(hào)燈反光碗。ABS塑料是丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三種單體的三元共聚物。PC是聚碳酸酯塑料，BMC是不飽和聚酯團(tuán)狀塑料。BMC較多的應(yīng)用在溫度較高的遠(yuǎn)近光功能上。PC和ABS在信號(hào)燈上應(yīng)用比較廣泛，具體的選擇基于不同的造型，耐熱和成本考量。

4.2 光導(dǎo)和厚壁這兩種信號(hào)燈的實(shí)現(xiàn)方式是近20年以來(lái)比較常見的實(shí)現(xiàn)形式。目前市場(chǎng)上用于實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)和厚壁件的主要有以下3種透明材料，分別是PMMA，PC和PMMI，如下圖2所示。會(huì)有3種材料的選擇主要是出于熱學(xué)的考慮。

4.2.1 從配光的角度來(lái)說(shuō)，反射率最低且吸收最少的是透明PMMA材料，它的配光表現(xiàn)最優(yōu)，可是其耐熱表現(xiàn)較差，適用溫度低于100°C。因此透明PMMA這種材料注塑成的光導(dǎo)大多用于尾燈，或者前燈位置燈功能（因?yàn)榍盁粑恢脽魧?duì)于配光的要求較低，HV測(cè)試點(diǎn)最低要求滿足4cd）的光導(dǎo)，或者某些前端輸入光源功率較低的功能。

前燈實(shí)現(xiàn)日間行燈法規(guī)（HV測(cè)試點(diǎn)的法規(guī)要求最低為400cd。）或者轉(zhuǎn)向燈功能（前燈轉(zhuǎn)向燈3類，分別為1，1a，1b，其HV測(cè)試點(diǎn)的最低要求分別為175cd，250cd，和400cd。）均需要較高功率LED輸入。以日間行車燈為例，其HV的最低值要求是位置燈要求的100倍。因此滿足日間行車燈法規(guī)所需要的LED流明值也會(huì)相應(yīng)增加，對(duì)應(yīng)LED的總功率也會(huì)增加。光導(dǎo)前端熱的壓力就會(huì)增加，此時(shí)再使用PMMA這種材料，就可能會(huì)有光導(dǎo)前端融化的風(fēng)險(xiǎn)，因此PC材料成為選擇，其折射率為1.586與PMMA的1.493較為接近。單位距離1mm的吸收0.00074也和0.00047較為接近。整體光學(xué)表現(xiàn)同樣出色，且具有更好的熱學(xué)表現(xiàn)。

車燈的各個(gè)功能，光學(xué)法規(guī)要求滿足的測(cè)試值是不一樣的。其中前大燈的日間行車燈在HV點(diǎn)法規(guī)要求是最高的，因此某些車燈可能由于造型和空間的限制，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)效率很低，因此前端需要較高功率的LED，導(dǎo)致光導(dǎo)前端溫度進(jìn)一步上升，或者光導(dǎo)的造型靠近某個(gè)熱源（比如位于某燈泡的上方），這樣對(duì)整根光導(dǎo)的耐熱有較高要求。此時(shí)透明PC材料已經(jīng)不能滿足要求。透明PMMI這種材料成為選擇，它可以用于低于135°C的情況。且其光學(xué)表現(xiàn)和PC極為相近。

以上3種材料是光導(dǎo)常用的注塑材料，其選擇最大的決定因素就是溫度。根據(jù)不同的光學(xué)系統(tǒng)，鑒于耐熱的考慮，選擇最適合的材料。光導(dǎo)經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)質(zhì)量缺陷是光導(dǎo)尾端發(fā)黃這個(gè)情況，一般通過(guò)優(yōu)化注塑參數(shù)可以改善，可是如果光導(dǎo)的尺寸，即光導(dǎo)的直徑越小，整根光導(dǎo)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越容易發(fā)黃。但是從成本的角度考慮，透明PMMA具有最大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，透明PC次之，透明PMMI最貴。因此某一個(gè)項(xiàng)目光導(dǎo)材料的選擇一定是出于成本，質(zhì)量以及溫度等綜合因素整體權(quán)衡后的選擇。

4.2.2 厚壁件由于其是由一個(gè)單元陣列實(shí)現(xiàn)造型的，因此厚壁所需要的LED顆數(shù)較多，但是相對(duì)于光導(dǎo)而言，對(duì)應(yīng)于每個(gè)單元的LED功率也較低。因此透明PC和透明PMMA成為較常用的兩種材料，一般不會(huì)需要耐熱的透明PMMI材料。選擇透明PC還是透明PMMA的條件同樣是基于溫度這個(gè)主要考慮因素。