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如何让车全身发光?| 黑科技

作者 军团老海诚 CMF设计军团号 2022-12-13

产业的发展离不开CMF(色彩、材料、工艺)





当你走在路上,如果看到了一辆颜色鲜艳的车,你是不是会多看几眼?那么再想一想,如果你出去聚会,开了一辆全身发光的车,是不是很拉风?


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上面的车可不是特效,这个想法已经可以实现,2010年6月,一位从业20多年的画家Andy Zsinko,就把一辆发光的机车骑到了俄亥俄州贝雷亚的一家酒店与朋友们见面。他在机车“1976 KawasakiPolice 1000”上,涂上了Dark Floyd的“Dark Side Of The Moon”专辑封面。

图:“Dark Side Of The Moon”专辑封面

当他的朋友们看到标志性的金属彩虹在机车身上闪烁时,大家都惊呆了。


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在设计中加入光这种元素,其实有很多方式,比如反光材料。


也可以使用LED灯带,以及近几年在电子产品上流行的RGB灯。

图:带有RGB灯的败家之眼

还有电致发光的冷光片或冷光条。

图:使用电致发光条装饰的Air Force 1 拍摄于2019广州Sneakercon


但是这些材料都有各种各样的问题,反光材料只能反射光,颜色无法选择。LED灯虽然有各种颜色,但是太厚,尤其是灯珠部分,而且光也不是很均匀。相对的,电致发光的冷光片虽然可以解决这些问题,但是使用时会在表面留有痕迹,而且在面对不平整的表面时不能很好的贴合并保证发光效果。

近几年出现了一种新的方案,具有超多优点。
  • 能够应用于任何表面
  • 能够应用于任何形状
  • 功耗低、光线柔和、无紫外线、寿命长、不产生热量、无散射
  • 抗高温、耐低温、防水、防震
  • 安全性高,通电发光后即使用手触摸也不会触电
  • 水性材料不含有机溶剂,无毒,无刺激气味,对人体无害,不污染环境 

什么东西这么牛?

电致发光、涂料


电致发光(electroluminescent,EL)现象其实早已被科学家发现,1907年英国工程师H.J.Round首次观察到在碳化硅晶体两端施加电流时会产生发光现象。由于发出的黄光很暗,并不适合实际应用。到了1936年,法国科学家Georges Destriau使用硫化锌时也发现了这种发光现象,可由于当时没有透明电极,并没有投入实用。但此后电致发光效应也被称为Destriau效应,在这一时期,电致发光仅仅停留在现象观察和记录上。

1950年,Sylvania利用SnO2透明电极导电膜成功开发出第一代EL。1983年,日本开始生产薄膜ELD。这时也出现了利用电致发光材料制成的显示屏。1987年北京科学教育电影制片厂就曾拍摄过中国科学院长春物理研究所研制的电致发光材料和显示器。


经过多年发展,电致发光材料也走向了大众生活,比如出现了电致发光广告牌

图:世界上第一个电致发光广告牌,加拿大,2005年冬季

通常电致发光和显示设备都采用丝网印刷或者喷墨印刷来制造,当面对不平的表面时就无法展现很好的效果。近年来Lumilor开发出的电致发光涂料就可以解决以上问题。我们来看一下结构:

电致发光装置一共分为4部分,分别是背板层、介质层、发光层、透明导电层。

图:电致发光涂层结构

第一层是背板层,直接喷涂到物体表面,发光部分图案就由这层来决定
这层材料有很多选择,需要具有高导电性、电阻非常低。根据Lumilor的专利文件,这层材料可以使用乳胶和铜的混合液,或者乙醇/乳胶和银的混合液,甚至直接使用金属镀层,比如化学镀、真空镀、PVD等方法。

第二层为介电层,这部分与背板层相反,需要有很好的绝缘性能,介电常数要求比较高。这部分会起到绝缘作用防止短路,而且较高的电容率还可以增强两层电极之间的电场,使表面上发出的光明亮均匀。

第三层为磷光层,是表面的发光部分,由聚合物基质封装掺杂金属的硫化锌构成。通电后,这层材料会在电场中吸收能量,电子跃迁至高能轨道变为激发态,然后由激发态返回到基态释放能量发光。这层材料有多种颜色可以选择。


第四层为透明导电层,通电后会与下方背板层中间形成电场,驱动磷光层发光。这一层材料需要透明,而且要能够导电,最初的EL就是因为没有透明导电材料而被鸽了几十年

使用方法

胶带 喷涂 干得快


上面说的是简单构造,在实际使用中有很多步骤。
在设计好图案后,首先喷涂背板层,这时需要用胶带盖住非发光部分并留出电极连接点。
 

使用喷枪喷涂背板,需要垂直方向喷涂两层保证均匀和足够的导电效果。
 

之后喷涂介质层,同样是两次喷涂,这时需要把电极部分遮住,防止介电层覆盖。


然后是磷光层的喷涂,同样是两次,这两层之间的聚合物基质会相互渗透,保证结合的足够牢固


之后并不是直接喷涂透明导电层,这时需要先将发光部分遮挡起来,在边界流出一圈来喷涂背板层的导电涂料,形成母排。


这时需要用电表测量电阻确定没有问题,然后就可以连上导线了。


由于早期的变压器在通电后会发出声音,需要仔细听一下,目前最新电源已可以采用芯片式逆变器启动器,完全没有声音。从最早期的高压交流驱动升级为低压直流。


然后将两部分电极通电,当然这时还是看不到光的,接下来就是激动的时刻了,喷涂透明电极材料,可以在暗处进行,当透明导电涂料喷涂到表面时会与下面背板层形成电场导致磷光层发光,喷涂时会直接表现出来,达到发光均匀就可以了。


当然,还需要对表面进行保护,可以将表面打磨后喷涂透明漆面。这样做完的发光部分在表面没有任何突起、气泡等瑕疵。


以上为早期电致发光涂料人工喷涂步骤,目前喷涂方式有所升级但基本原理没有改变


应用领域

任何物体、任何表面只要你想


1. 交通工具
正如开头所说,这种材料第一次就是应用在摩托车上,但远远不止如此,汽车、飞机都可以使用。



2. 市政工程
可直接用来改造旧指示牌,将发光区域提前喷涂在PET膜上,更换底膜时将PET膜嵌入铝板和 底膜之间即可,国内已有一些城市使用这种发光涂料代替反光漆喷涂。在下雨、雾霾等各种恶劣天气下都可以主动发光。



3. 建筑领域
在户外建筑,隧道桥梁,消防通道,室内装修等大型设计领域中,新颖的发光效果能使城市亮化和家庭生活中有不一样的视觉体验。


4. DIY设计
对于DIY设计,电致发光涂料的用法就更多了,各种表面都能使用,决定了它应用相当广泛,喷到哪亮到哪,电脑机箱、头盔、桌椅、汽车内饰等想用在哪就用在哪。


发光之前与发光后拥有截然不同的效果。




发展现状和前景

降低成本、自动化、扩展应用


这种电致发光涂料在行业中做的最好的是Lumilor,也就是开头图片上那个人创立的公司。


可以看到这种电致发光涂料目前主要为DIY领域,设计好图案后按照操作方法完成喷涂装置即可使用。但是成本较高,比如早期Lumilor每平米价格需要近6000元,在应用中也都为一次性,需要手工喷涂,没有批量化生产,我们还无法直接买到带有这种电致发光设计元素的产品。

当然也有好消息,随着和自动化设备厂家合作,Lumilor电致发光涂料的量产问题已经到达最后阶段全国已有27个城市及多家机场高铁站及市政工程完成试点工程了。这种电致发光涂料加持的指示牌相比传统版本效果提升明显。

图:天津机场ETC指示牌 目前最大的一块单体无边框发光指示牌 Lumilor提供


早期只有常量和频闪两种,现在已经可以做出呼吸、流水、跑马灯的效果。这种涂料的国产化和自动喷涂设备的组合,让这种新技术的原材料成本、人工成本不断降低,还减少了边界部分的消耗,良品率随之提高,边际成本不断下降,每平米的综合成本将降低到千元以下

参考资料:
2014年诺贝尔物理学奖——蓝光LED的发明 李海
达克赛德科技有限公司发明专利——电致发光装置及其制造
Lumilor官网及YOUTUBE主页
Lumilor中国技术人员


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