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研究生： 洪彩恩
Hung, Tsai-En
論文名稱： 摩托車尾燈片光源最佳化設計之研究
The Optimization of Optical Design for Scooter Tail Light Using Light Guide Plate
指導教授： 蕭世文
Hsiao, Shih-Wen
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 規劃與設計學院 - 工業設計學系
Department of Industrial Design
論文出版年： 2023
畢業學年度： 111
語文別： 中文
論文頁數： 91
中文關鍵詞： 導光板 、摩托車尾燈 、最佳化 、田口法 、逆向工程 、DFM 、DFA
外文關鍵詞： LGP, motorcycle taillight, optimization, Taguchi method, DFM, DFA
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    • 為了產出更新穎的車燈造型，各車廠嘗試導入OLED技術於車燈設計，如BMW及Audi皆有應用在其量產車中。然而由於OLED之高成本，僅限於四輪且高單價的車款會使用此技術做車燈設計，尚未導入兩輪的交通工具之車燈設計。
    本研究欲將原本使用於LCD顯示器的背光模組中的導光板技術，應用在摩托車片光源尾燈上，以較低技術門檻且低成本的方法，創造出近似OLED片光源的均勻度及圖騰尾燈的成果。
    研究流程始於選定目標車種Vespa LX，原車後燈逆向掃描，藉此進行新設計後燈的3D繪製，使用DFA及DFM確立產出的製造與組裝可行性，最大幅度的降低生產成本。從新設計產生導光板尺寸。使用Tracepro 光學模擬軟體及田口法直交表，得出五個控制因子的影響程度及最大S/N比的參數，得出最佳均勻導光板的參數組合，並以實體模型呈現後，製作簡易的配光治具，檢測歐規ECE測光點初步確認可以通過法規亮度規範。
    此研究於成本上及均勻度上達到最佳化，大幅度減少以OLED製作後燈片光源均勻光的成本，初步確認可以通過歐規ECE，此研究亦提供一個具備生產性的產品組裝架構、測光模式給後續研究做為參考。

    To achieve a refreshed vehicle lamp, various automakers, such as BMW and Audi, have incorporated OLED technology into their vehicles. However, due to the high cost of OLED, this technology is limited to high-end four-wheel vehicles and has not yet been adopted in motorcycle designs.
    This study aims to apply light guide plate technology, originally used in LCD displays, to motorcycle taillights, achieving uniformity and patterned taillights like OLED at a lower technical threshold and cost. The research began with the selection of the motorcycle, where the original tail light was reverse-engineered to facilitate the 3D design of the new tail light. Design for Assembly and Design for Manufacturing methodologies were employed to ensure manufacturability and assembly feasibility.
    Optical simulations using Tracepro software and Taguchi orthogonal arrays assessed the impact of control factors and identified parameters with the highest Signal-to-Noise (S/N) ratio for achieving optimal uniform light distribution on the light guide plate. A fixture for measuring luminous intensity was made to verify preliminary compliance with ECE regulations.
    This study optimized costs and uniformity, substantially reducing the expense of achieving uniform light distribution comparable to OLED in tail light applications. Initial tests indicate compliance with ECE regulations. Moreover, the research provides a production-oriented product assembly framework and light measurement mode for future studies.

    摘要 iii The Optimization of Optical Design for Scooter Tail Light Using Light Guide Plate iv 誌謝 ix 目錄 x 表目錄 xiv 圖目錄 xv 符號與縮寫列表 xviii 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.1.1 摩托車介紹 1 1.1.2 摩托車車燈種類 2 1.1.3 摩托車車燈技術趨勢 4 1.1.4 OLED片光源車燈 7 1.2 研究動機 8 1.2.1 OLED基本原理 8 1.2.2 OLED技術優點與缺點 9 1.2.3 背光模組的技術選用 9 1.2.4 簡述背光模組 10 1.3 研究目的 11 1.4 研究範圍與限制 11 1.4.1 摩托車片光源後燈功能與技術應用 11 1.4.2 法規設計規範 11 1.4.3 光源選用 13 1.4.4 導光板選用 13 第2章 文獻探討 14 2.1 摩托車種類 14 2.1.1 街車(Street Bike) 14 2.1.2 仿賽(Racing bike) 14 2.1.3 巡航車(Cruiser) 15 2.1.4 越野車(Off-road bike) 15 2.1.5 速可達(Scooter) 16 2.2 光的基本定律 17 2.2.1 光的折射 17 2.2.2 光的反射 18 2.3 光度學名詞 19 2.3.1 輻射通量與視見函數 19 2.3.2 光通量 (F :Luminous flux) 19 2.3.3 光度(L: Luminous intensity) 20 2.3.4 照度 (E: Illumination) 20 2.3.5 亮度(B: Brightness) 20 2.3.6 輝度(L: Luminance) 20 2.4 導光板的文獻探討 21 2.4.1 光學設計原理 21 2.4.2 導光板目前研究成果 22 2.4.3 導光板製程方法 23 2.4.4 導光板其他應用 24 2.5 LED的種類 25 2.5.1 引腳式構裝 25 2.5.2 平面構裝 25 2.5.3 表面黏著式(SMD)構裝 26 2.5.4 食人魚構裝 26 2.5.5 功率型構裝 27 第3章 研究方法 28 3.1 Design for Manufacturing 28 3.2 Design for Assembly 28 3.3 田口方法 29 3.3.1 因子 29 3.3.2 實驗直交表 30 3.3.3 S/N比(Signal-to-noise ratio) 30 第4章 研究流程與實驗計畫 32 4.1 研究流程與步驟 32 4.1.1 目標車種的選定 32 4.1.2 原車燈設計 33 4.1.3 尾燈設計方案及實驗導光板尺寸奠定 36 4.2 實驗與檢測設備介紹 37 4.2.1 建模軟體 37 4.2.2 光學模擬軟體 38 4.2.3 逆向掃描機台 38 4.2.4 雷射雕刻機台 38 4.2.5 發光強度量測工具 39 第5章 設計建立與模擬實驗 40 5.1 建立車燈3D模型 40 5.1.1 原車車燈逆向掃描 40 5.1.2 新設計車燈3D建模與架構 42 5.2 建立導光板直交表及參數設定 47 5.3 建立光學模擬軟體Tracepro的參數設定 49 5.3.1 建立模型 49 5.3.2 匯入光學模擬軟體並建構參數 50 5.4 均勻度數值分析 53 5.5 實際模型製作 57 5.6 配光治具與數值確認 58 第6章 研究結論與討論 61 6.1 研究結論 61 6.1.1 導光板均勻度田口法實驗結果 61 6.1.2 取得模擬中最佳均勻度後確認數值 62 6.1.3 導光板應用於摩托車尾燈 62 6.2 研究討論 64 6.2.1 五個控制因子對導光板均勻度的影響 64 6.2.2 圓點實際加工誤差 64 6.2.3 圖騰製作方式 66 6.3 未來研究方向 66 6.3.1 不均厚及非平面導光板研究 66 6.3.2 不同製程導光板研究 67 參考文獻 68 一、中文文獻 68 二、英文文獻 70 Appendix A 附錄A 71 A.1 計算均勻度的程式碼 71

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