李澤財(cái)

摘 要：汽車內(nèi)飾氛圍燈是汽車座艙內(nèi)裝飾照明燈或輔助照明燈，能提升汽車內(nèi)飾品質(zhì)，營(yíng)造座艙內(nèi)的燈光氛圍，甚至起到調(diào)節(jié)駕乘人員情緒，緩解疲勞的作用。汽車內(nèi)飾氛圍燈的構(gòu)成包括光源和導(dǎo)光體，光纖是一種易安裝、安全環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)的高性價(jià)比導(dǎo)光光學(xué)材料，應(yīng)用于氛圍燈，有著很好的裝飾效果，成了諸多主機(jī)廠的選擇，如何設(shè)計(jì)和使用光纖也成了眾多廠商亟待解決的問題，本文將著重介紹光纖的特點(diǎn)，光源的要求以及總成的安裝。

關(guān)鍵詞：光纖 LED光源 汽車內(nèi)飾氛圍燈

1 引言

近幾年，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展日新月異，突飛猛進(jìn)，尤其是新能源汽車的研發(fā)正處于世界領(lǐng)先水平，汽車作為一件高集成度的產(chǎn)品，應(yīng)用了大量的新技術(shù)，新材料并不斷更替，導(dǎo)光材料是當(dāng)前汽車車燈材料不可缺少的一種，其應(yīng)用于前大燈，尾燈，示闊燈，日間燈，踏板燈，內(nèi)飾氛圍燈等等。汽車內(nèi)飾氛圍燈的興起，成為了汽車內(nèi)飾的最大亮點(diǎn)，也成為了新能源汽車的標(biāo)配。而汽車內(nèi)飾氛圍燈的也用了各種導(dǎo)光材料，如PMMA，PC，PU等，光纖在汽車內(nèi)飾氛圍燈的應(yīng)用越來越多，有著使用方便，安全可選，光效果好，壽命長(zhǎng)的優(yōu)越性。

2 光纖簡(jiǎn)介

2.1 光纖的誕生

光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，誕生生于1960年，1966年7月，英籍華裔學(xué)者，前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕博士（K.C.Kao）在PIEE 雜志上發(fā)表論文《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實(shí)現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造通信用超低損耗光纖的可能性。高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，高錕也被尊稱為光纖之父。

2.2 光纖導(dǎo)光原理

光纖之所以能長(zhǎng)距離導(dǎo)光決定于光纖的的材料結(jié)構(gòu)，它是由高折射率的纖芯和低折射率的纖皮構(gòu)成，也就是說光纖是一種由纖芯和纖皮兩種材料構(gòu)成的光導(dǎo)體，光纖導(dǎo)光必須具備的條件是纖芯折射率大于纖皮折射率，入射光在光纖芯皮界面產(chǎn)生全反射、反射和折射，折射光穿過纖皮層從光纖側(cè)面射出，反射光再次反射和折射，多次的全反射、反射和折射使得光纖長(zhǎng)距離導(dǎo)光。其導(dǎo)光原理如圖1：

光纖區(qū)別于其它導(dǎo)光材料的特點(diǎn)：頻帶寬，損耗低，重量輕，性能可靠。

2.3 光纖分類

按用途光纖分為兩大類，即通信光纖和非通信光纖。

通信光纖是利用光纖傳輸不同波長(zhǎng)的光信號(hào)的特點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)通信的光纖，通信光纖是信息時(shí)代和大數(shù)據(jù)云計(jì)算時(shí)代的必不可少信號(hào)傳輸介質(zhì)，成為了信息時(shí)代的命脈。

非通信光纖即通信光纖以外的光纖統(tǒng)稱為非通信光纖，按材料不同分為石英光纖，多組分玻璃光纖和聚合物光纖。非通信光纖按傳光性能的不同可以實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用，如醫(yī)療照明與診療，激光傳輸，紫外固化，傳感，檢測(cè)，軍事瞄準(zhǔn)器，刑偵傳像及裝飾照明等。

3 汽車內(nèi)飾氛圍燈用光纖

3.1 端面發(fā)光聚合物光纖

這種光纖包括PMMA光纖和PS光纖，以擠拉工藝制做，直徑一般在0.25～3mm，以可撓性好，成本低和易安裝的特點(diǎn)應(yīng)用于汽車星空頂內(nèi)飾氛圍燈，用做星空頂?shù)墓饫w可直徑不同，以體現(xiàn)出遠(yuǎn)近不同的層次感。如圖2：

3.2 側(cè)發(fā)光聚合物光纖

側(cè)發(fā)光光纖是指光纖傳輸過程中，光纖圓周面通體發(fā)光的光纖，亦稱通體發(fā)光光纖。它利用纖芯和纖皮折射率的差異，使更多的折射光透過纖皮溢出，從而達(dá)到側(cè)面通體發(fā)光的效果。有擠拉法和灌裝法兩種生產(chǎn)工藝。主要用于汽車內(nèi)飾燈帶氛圍燈。如圖3：

優(yōu)點(diǎn)：（1）可撓性好，材料的塑性和硬度適中，可隨意任意方向彎曲，適合任何形狀的模具安裝。（2）導(dǎo)光呈連續(xù)性且亮度均勻，可通過調(diào)整原料透過率來調(diào)節(jié)使用長(zhǎng)度范圍內(nèi)的亮度均勻性。（3）耐候性好，以PU為纖芯的側(cè)發(fā)光光纖，抗高溫和低溫性能強(qiáng)，能滿足汽車內(nèi)飾材料-40～95℃的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。（4）耐腐蝕性好，由于纖皮材料使用了氟樹脂（鐵氟龍），其耐酸堿腐蝕性和耐鹽霧性能好，使用壽命可達(dá)10 年之久。（5）可任意裁切，即裁即用。裁切端面無需處理，使用更方便。（6）光纖芯皮材料符合安全環(huán)保要求。（7）成本低，應(yīng)用廣。

缺點(diǎn)：（1）由于采用灌裝工藝方法制作，易產(chǎn)生直徑波動(dòng)。（2）對(duì)金屬等剛性材料安裝固定件有一定的要求。（3）低溫下安裝操作易造成芯皮脫層，產(chǎn)生斑影，從而導(dǎo)致整體發(fā)光不均勻。（4）單芯光纖最小彎曲半徑大于多芯光纖，彎曲時(shí)會(huì)在彎曲部位產(chǎn)生光衰，影響光纖整體均勻性 。

3.3 側(cè)發(fā)光玻璃光纖

用于汽車氛圍燈的側(cè)發(fā)光玻璃光纖是由多根細(xì)如發(fā)絲（光纖直徑大約10?m）的玻璃光纖組成一束，外層包覆半透明套管制作而成，光纖直徑可以做到2.0mm以上，護(hù)套管為白色，目前用的較多的側(cè)發(fā)光玻璃光纖主要是德國(guó)肖特的產(chǎn)品。

優(yōu)點(diǎn)：（1）可撓性很好，可彎曲半徑小，不易造成彎曲光衰。適用于任意形狀的模具符合車規(guī)要求。（2）導(dǎo)光均勻性好；（3）耐候性好，以玻璃為纖芯，以PU或硅膠為外包層材料，抗高溫和低溫性能強(qiáng)，能滿足汽車內(nèi)飾材料-40～95℃的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。（4）耐腐蝕性好，由于外包層材料為PU或硅膠，其耐酸堿腐蝕性和耐鹽霧性能良好，使用壽命可達(dá)10 年以上。（5）符合安全環(huán)保要求。

缺點(diǎn)：（1）玻璃光纖材料成本高，按使用長(zhǎng)度裁切的光纖需要對(duì)裁切端面進(jìn)行適當(dāng)處理來降低耦合損耗，因此制作成本高。（2）不可即裁即用，須按定長(zhǎng)制作。（3）安裝使用過程中容易造成光纖內(nèi)部斷絲，每一根斷絲便產(chǎn)生一個(gè)亮點(diǎn)，增加了衰減，導(dǎo)光均勻性被斷絲破壞。（4）由于是多芯光纖，每根光纖間的縫隙面積大約占光纖橫截面的15%，因此導(dǎo)光效率低，同一光源導(dǎo)光亮度比單芯聚合物光纖低。

4 汽車內(nèi)飾氛圍燈常用光源

4.1 光源種類

2005年以前汽車裝飾照明采用光纖照明系統(tǒng)其光纖光源器也無別的選擇，只能選用鹵素?zé)艋螂療?，這類光源體積大，熱量高，壽命短，長(zhǎng)時(shí)間工作產(chǎn)生的熱量會(huì)帶來安全隱患。

2005年后LED燈迅速發(fā)展，LED以熱量少，體積小，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，取代鹵素?zé)?，成為汽車光纖照明的最佳光源，成為光纖在汽車上的應(yīng)用主要光源配件，目前所有汽車氛圍燈的光源均采用LED光源。

4.2 光源發(fā)光顏色

LED燈最大的優(yōu)點(diǎn)是其色溫可控，基本上想用什么顏色都可以得到滿足，除了紅黃藍(lán)綠等彩色可選，白光LED也有不同色溫可選，給了燈光設(shè)計(jì)師無限的發(fā)揮空間；打造汽車座艙內(nèi)舒適的燈光氛圍，對(duì)光源色溫的要求是應(yīng)該是謹(jǐn)慎和嚴(yán)格的。

4.3 光源的功率

汽車氛圍燈作為車內(nèi)輔助照明燈，其功率是一個(gè)重要性能指標(biāo)，一般不宜過大，功率過大，LED芯片工作時(shí)熱量大，散熱解決不好的話會(huì)嚴(yán)重影響LED燈的壽命，功率過大駕艙內(nèi)燈光過亮?xí)蓴_駕駛員安全駕駛，目前國(guó)內(nèi)對(duì)氛圍燈亮度沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求，從前些年來諸多汽車制造商配套使用的氛圍燈光源的經(jīng)驗(yàn)看，選擇使用0.2W電功率貼片LED較為合適。

4.4 可變顏色

今天用的LED實(shí)現(xiàn)光源變色易如反掌，成熟的LED控制驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)RGB模式或是RGBW模式的LED，呈現(xiàn)出上百種光變化效果，滿足車內(nèi)個(gè)性化的氛圍燈燈光效果。

5 星空頂氛圍燈的制作方法

星空頂氛圍燈最早出現(xiàn)在歐洲的一些高端車，小客車光纖星空頂?shù)闹谱魇芄に囉绊懞惋棸逍螤钆c表面材料的影響，基本是全手工制作，目前國(guó)內(nèi)一些廠商仍然延用這種方法，主要分以下幾個(gè)步驟：

（1）星空頂氛圍燈的設(shè)計(jì)：星空頂氛圍燈是照明系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)包括光點(diǎn)分布，光源控制模式的設(shè)計(jì)，光源的安裝及以光纖和線束的走向。

光點(diǎn)分布：有圖案式，無序式，星座式等。

光源控制模式：對(duì)光源顏色的控制，亮度的控制，光變化控制等。

光源安裝：要確定光源放置的位置和安裝方式，考慮光源的散熱和防水環(huán)境。

線束走向：要考慮易安裝和維修。

光纖走向：要考慮光纖集成一束后的最大直徑，就有足夠的夾層空間接入光源接口，光纖走向要對(duì)應(yīng)光源接口。

（2）頂棚內(nèi)飾面打孔：按1：1比例將圖案覆蓋到頂棚飾板上，用電鉆在圖案設(shè)計(jì)的光點(diǎn)上打孔，要選擇比光纖大0.1mm的直柄麻花鉆頭，打孔時(shí)應(yīng)保持鉆頭垂直于飾板表面，不同大小的光點(diǎn)要替換不同直徑的鉆頭。

（3）插光纖：根據(jù)光點(diǎn)孔大小選用合適的光纖，把光纖一端剪成斜尖頭，蘸膠水1cm長(zhǎng)，從飾板反面穿插于孔內(nèi)，使光纖穿過飾板約1-2cm，待膠水固化后操作下一步。

（4）集束：將光纖按設(shè)定走向集成束，設(shè)定幾個(gè)光源就集成幾束。

（5）耦合處理：將集成束的光纖，插入光纖耦合端套，端套外多余的光纖用熱切割的方式切掉，再用打磨機(jī)將耦合套光纖表面打磨光滑，插入光源接口固定。

（6）光源安裝：接好光纖的光源按設(shè)定的位置和固定方式安裝固定，連接導(dǎo)線。

（7）飾板正面的處理：由于光纖穿插出飾板表面1—2cm，用剪刀將飾板正面長(zhǎng)出的光纖剪掉，應(yīng)確保光纖不高于飾板表面。

6 燈帶式光纖氛圍燈

6.1 側(cè)發(fā)光光纖應(yīng)用于汽車氛圍燈的優(yōu)點(diǎn)

從光效果上看，光纖通體發(fā)光是連續(xù)的，其均勻性是其它導(dǎo)光材料不可比擬的；從安裝件考慮側(cè)發(fā)光光纖的安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，安裝件成本低，易操作；從后期維護(hù)看，因光纖導(dǎo)光效率高，光源功率不需要太高，即產(chǎn)生熱量少，使用壽命長(zhǎng)，安全可靠，維護(hù)成本低。

6.2 側(cè)發(fā)光光纖應(yīng)用于汽車內(nèi)飾氛圍燈應(yīng)注意的問題

側(cè)發(fā)光光纖作為氛圍燈的導(dǎo)光材料，使用中應(yīng)該注意如下三個(gè)問題

6.2.1 如何提高光纖與LED光源的耦合效率

光纖與LED光源對(duì)接稱之耦合，耦合得越好光損耗越低，耦合效率越高，影響耦合效率的因素有三點(diǎn)，即光纖端面的平整光潔度，光纖與光源之間的距離，光源中心與光纖端面中心的同心度；因此提高耦合效率就要求光纖端面平整光潔，要求光纖端面與光源之間距離盡量少。

6.2.2 如何設(shè)計(jì)光纖的安裝支撐件

光纖安裝支撐件也稱之為安裝支架或安裝模具，也就是固定和支撐光纖氛圍燈的結(jié)構(gòu)，一種方式設(shè)計(jì)成卡點(diǎn)式，即每隔一定距離設(shè)置一個(gè)卡子，這種固定光纖的方法使光纖圓周面全部裸露，光纖發(fā)出的光照射于反光面后亮度高且均勻，彌散光照效果好。另一種方式設(shè)計(jì)成卡槽式，即光纖放置于整條卡槽內(nèi)，光纖圓周的光只有一面發(fā)出，其它三面被卡槽遮住，因此氛圍亮度會(huì)低一些。應(yīng)該注意的是無論卡點(diǎn)式還是卡槽式支撐件，都要依據(jù)光纖直徑設(shè)計(jì)。如圖4：

6.2.3 聚合物光纖低溫下如何避免芯皮分離

聚合物光纖硬度受環(huán)境溫度影響較大，低溫時(shí)，光纖硬度增加，溫度越低硬度越高，一般環(huán)境溫度低于15℃時(shí)，彎曲和擠壓容易造成光纖芯皮分離，點(diǎn)亮光源后光纖表面亮度降低或產(chǎn)生陰影斑紋。 低溫下安裝光纖，最好先將光纖在溫箱預(yù)熱后使其柔軟性增加，從溫箱取出光纖后在光纖未完全冷卻變硬之前安裝操作完畢。

6.3 側(cè)發(fā)光光纖用于汽車氛圍燈的案例

側(cè)發(fā)光光纖應(yīng)用于汽車氛圍燈已經(jīng)有十多年的歷史了，早在2007年南京春輝科技實(shí)業(yè)有限公司的側(cè)發(fā)光聚合物光纖首次應(yīng)用于安源客車，2010年德系車的部分高端車型使用了德國(guó)SCHOTT（肖特）公司的側(cè)發(fā)光玻璃光纖氛圍燈，隨后美系車使用了日本的側(cè)發(fā)光聚合物光纖，2012年上海通用公司開始在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的小客車上使用了南京春輝科技實(shí)業(yè)有限公司自主研發(fā)的側(cè)發(fā)光聚合物光纖，2013年后國(guó)內(nèi)眾多車企諸如吉利、眾泰、長(zhǎng)安等眾多國(guó)產(chǎn)車型。

7 結(jié)語

光纖作為一種導(dǎo)光材料在汽車氛圍燈結(jié)構(gòu)中充當(dāng)著重要的角色，有著其它材料不可比擬的光學(xué)特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、家電，家具、消費(fèi)電子等各種產(chǎn)品中，光纖要適應(yīng)汽車氛圍燈的要求并且得到更廣泛的應(yīng)用還需要不斷創(chuàng)新，需要優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品，提升產(chǎn)品品質(zhì)，需要推出性能更好，種類更多，使用壽命更長(zhǎng)，安裝更便捷的產(chǎn)品，要在應(yīng)用技術(shù)上創(chuàng)新和推廣，讓更多的人了解光纖，會(huì)用光纖，用好光纖，只有這樣，光纖在氛圍領(lǐng)域才能有更好的應(yīng)用前景。

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