【车灯核心技术报告2203】SurfaceLED 面光源

众所周知，尾灯的点亮均匀性是很多车厂的核心要求。

OLED技术有着很好的点亮均匀性和造型差异性，在过去几年，OLED在电视机和手机等行业的技术进步非常快，在车灯领域中也有一些应用。OLED本质上是面光源，在其发光区域内产生均匀的表面光，不需要其它散射光学件。但OLED在车灯领域并没有像在消费类电子产品中使用那么快和销量那么高，造成这种状况有几个原因，汽车的产品技术要求，如耐温性能、抗振动性、使用寿命和耐候条件，与显示器和移动设备等消费类电子产品完全不同，特别是OLED的价格是汽车行业大批量生产时需要着重考量的因素。

因此在汽车尾灯设计中一直存在着一个技术挑战，如何找到一种造型新颖且光学效率高的技术方案，同时满足功率低和可靠性好，像OLED一样实现均匀发光的平面照明效果。由于LED是点光源，为了使车灯实现面光源效果，通常需要设计各种光学散射方案，通过特定的光学内透镜和大量LED相结合，其或多或少的可以实现平面照明。

（大众 Arteon -2021）

（大众 ID.4-2020）

（大众 ID.6-2022）

（大众 Taos-2022）

（大众 Tiguan-2021）

基于以上这些事实，车灯市场需要开发基于常规LED来实现的Surface led技术。Surface led技术的目标不是与OLED竞争，而是为车厂提供另一种解决方案，以满足新的车灯造型要求。比如分区的面光源，多种颜色和3D排布，甚至是完全的3D曲面光源。有了Surface led技术，我们或许可以实现与OLED一样的均匀效果，相似的尺寸大小和3D形状。

Surface-LED的基本版本是实现位置灯需求，兼顾车内氛围灯或外部环境照明。改进版本是实现其它信号灯功能，比如刹车灯和后转向灯功能。而增强版本则可以在前转向灯和日行灯上使用，但要保持合理的能耗。

Surface led Ⅰ-位置灯,辅助位置灯

车灯行业的surface-LED Ⅰ技术已经成熟, 第一个surface LED量产车型大众ID.4 于2020就上市了，展示了使用常规LED而达到均匀面光源发光的实例，其独特的尾灯Surface LED面光源设计，引起了广大业内人士的关注。研究院也于2022年年初拆解了ID.6 X的尾灯（参考研究院文章->传送带）。

（大众 ID.6 X 尾灯）

（大众 ID.6 X 尾灯Surface led 零件图）

（大众 ID.6 X 尾灯Surface led 原理图）

上图是ID.6 X SurfaceLED 的技术原理图，LED由下侧面进光，沿着导光板向前发光并改变光的方向，导光板的下面有一层白色反射膜，它具有高反特性，能够将接受的光线最大可能的反射出去，从而减少光的损失，尽可能提高surface led的光学效率。导光板上层的扩散膜将穿过的光线尽可能打散以实现点亮均匀性。

Surface led Ⅰ由于使用了多层光学薄膜，因此点亮均匀性是它的优势，但对于刹车灯或转向灯等光强要求更高的功能，则会在法规测量点上损失大量光线，导致系统的光学效率较低，为了达到均匀面光源的效果，ID.6 X的位置灯功能使用了36.8w，几乎相当于一个近光+远光的功耗。当然光效和点亮形状和照明区域息息相关，用于相对造型简单和点亮区域不大的功能，Surface led Ⅰ的功耗会少很多，但其光学方案的特性决定了Surface led Ⅰ光效不会高的事实。

Surface led Ⅱ- 刹车灯，转向灯

如前所述，SurfaceLED Ⅰ已经量产，已经很好的实现了面光源的均匀点亮效果。但它的缺陷也很明显，由于有多层的光学扩散膜，整个系统的光学效率不高，实现完整位置灯的功能都有点困难，更不论刹车灯和转向灯了。而提高Surface led效率，集成更多功能毫无疑问是车灯设计趋势之一，可以使车灯造型设计更加简洁，从而为车灯设计提供更多可能性。

因此很多灯厂都在开发效率更高的Surface led Ⅱ技术，使用常规LED，优化光学方案，通过微光学面将光线更多集中到法规测试中心点，能够在效率上获得显著的提高，更好地满足法规要求的同时保持点亮均匀性，为刹车灯和后转向灯等信号照明应用提供全新的造型可能性和功能。

如海拉开发的Flatlight 技术，基于微光学原理的光学技术。其创新点在于：只有几微米大小的光学元件可以充分利用光的衍射特性，且所需能耗很少，只需一瓦即可实现所有后位置灯功能，相对于Surface led Ⅰ的光效已经是个很大的提升了。此外，转向灯、制动灯、后位灯功能可在一个光学元件上轻松实现，还能实现不同的颜色组合。据介绍，海拉FlatLight整体结构的厚度只有几毫米，为车身设计提供了很大的自由度。此外，客户可以根据需要设计不同的迎宾和送别场景，并可添加字体、标志和各类图形。

（Hella flatlight Surface led）

（Hella Flatlight 原理图）

通过Flatlight视频中截取的原理图，我们可以猜测到，Flatlight技术的核心部件由光学导光板和上侧的光学膜组成。LED由侧面进光，沿着导光板向前发光，而导光板上的微光学面将把光线更多集中到法规测试中心点。

Surface led Ⅱ的最终的形状取决于造型，没有严格的限制，因为光学核心部件的技术是基于注塑工艺，而其它部件基于柔性基板，因此3D形状基本上也是可行的。

Surface led Ⅲ-日行灯，前转向灯

Surface led Ⅱ的光效对位置灯来说是足够的，对于刹车灯、后转向灯来说仍然可以接受，但是对于日行灯和前转向灯来说显然不够高。这就是为什么需要进一步开发Surface led Ⅲ的原因。开发过程中需要重点优化法规中心点的HV值，因为HV点的光强对于前信号功能是最关键的，如果HV点的发光强度值达到法定值，那么其他测试点也很有可能达到法定值。

因此，Surface led Ⅲ需要在HV值的重大突破，才能满足日行灯或前转向灯的需求。由于前信号灯的高照明要求，仅在百分之十范围内的效率小改进不足以使LED具有足够的效率。以DRL为例说明HV光强值的重要性。中国市场的HV点的法定最低值为400cd。而美国SAE法规要求为500cd。在为车厂进行车灯设计中，为了考虑安全余量、特殊车厂要求等，HV的实际值一般设在550cd–700cd之间。因此，如果将HV=650cd作为设计目标值。当HV=0.5cd/lm时，我们需要Surface led的光通量为1300lm，考虑到LED的功率和发光效率，该光通量的值相当高。因此有必要将HV 的光强值进一步提升，使之接近于常规的Led间接反光镜的方案HV=1.8cd/lm。间接反光镜方案通常用于DRL和前转向灯的低配版本，因为它的光学效率最高，但也有某种“低成本”的造型基因。Surface led Ⅲ的实现，可以提供新的造型风格同时兼具高光效，因此可以降低LED的功率损耗。

如上所述，开发Surface led Ⅲ的主要目标是为了提高HV点的发光强度。光发布是改进的关键，下面是几种面光源方案的发光强度对比图。

（OLed朗伯光源与Surface-LED Ⅱ 与Surface LED Ⅲ 发光强度的示意图比较）

OLED是朗伯光源，点亮很均匀，但会在法规点上损失大量光线。而 Surface LED Ⅲ则需要调整朗伯光源的分布，使其更接近法规要求，并达到更高的HV点发光强度。进行进一步的设计开发和工艺优化，有可能达到常规Led反光镜方案的极限，根据车灯的设计将Surface led 更好的集成而不会损失效率。

总结

相对于OLED技术在成本、可靠性等方面的限制，成熟的Surface LED技术在信号灯方面的应用逐渐得到广大主机厂的认可。

Surface led技术为新造型方案提供了更多选择。它克服了OLED的诸多限制的同时也能提供点亮均匀的面光源。由于每片Surface led都可使用不同颜色的LED，因此可以多色。与OLED相比，Surface led技术的亮度可以更高，由于光可以传输到Surface led的边界，因此可以显著的减少或消除不发光的边界区域。最后，Surface led还可以实现像素化。由于Surface led是基于常规LED技术，因此可以使用深红led来实现深红色的光，市场上也有琥珀色或白色LED，其功率足以满足前转向灯和日行灯配光要求，灯厂仍处于这项技术的研发阶段，但根据目前的现状和结果，有可能很快将这一技术应用于批量生产。

——The End——