Ein Hintergrundbeleuchtungsmodul (Backlight Module, BLM), auch als Backlight Unit bezeichnet, ist ein wesentlicher Bestandteil eines monochromen LCDs. Da ein Flüssigkristalldisplay selbst kein Licht erzeugt, wird eine Hintergrundbeleuchtung benötigt, um die dargestellten Inhalte sichtbar zu machen. Ein typisches Hintergrundbeleuchtungsmodul für monochrome LCDs besteht im Wesentlichen aus einer LED-Lichtquelle, einer Lichtleiterplatte (Light Guide Plate, LGP) mit Lichtleitpunktstruktur, einer Diffusorfolie sowie weiteren optischen Komponenten.
Die Lichtleiterplatte hat die Aufgabe, das von den LEDs eingekoppelte Licht gezielt zu führen und gleichmäßig über die Anzeigefläche zu verteilen. Dadurch lassen sich die Leuchtdichte und die Helligkeitsgleichmäßigkeit des Displays verbessern. Lichtleiterplatten werden üblicherweise aus Polycarbonat (PC) oder optischem Polymethylmethacrylat (PMMA) im Spritzgussverfahren gefertigt. Die erforderliche Lichtleitpunktstruktur kann in einen Formeinsatz (Stamper) integriert werden, sodass die Lichtleiterplatte einschließlich der Punktstruktur in einem einzigen Spritzgussprozess hergestellt werden kann.
Die Diffusorfolie sorgt für eine gleichmäßigere Lichtverteilung. Die Reflektorfolie lenkt nach unten austretendes Licht zurück in die Lichtleiterplatte und verbessert dadurch die Lichtausnutzung bei gleichzeitiger Reduzierung von Lichtverlusten. Bei monochromen LCDs kommen häufig seitlich beleuchtete Edge-Lit-Strukturen zum Einsatz. Dabei befindet sich die LED-Lichtquelle an der Seite der Lichtleiterplatte. Das Licht wird über die Kante eingekoppelt und anschließend über die Lichtleiterplatte gleichmäßig über die Anzeigefläche verteilt.
Bei der Entwicklung eines Edge-Lit-Hintergrundbeleuchtungsmoduls müssen sowohl die mechanische Konstruktion als auch die geforderte Anzeigeleistung berücksichtigt werden. Abhängig von den konstruktiven und anwendungsspezifischen Anforderungen kann die Lichtleiterplatte entweder im Einmaterial-Einwerkzeug-Spritzgussverfahren (Abbildung 2A) oder im Zweimaterial-Zweiwerkzeug-Spritzgussverfahren (Abbildung 2B) gefertigt werden.
Um die Lichtführung und die mechanische Positionierung in einer Lichtleiterplatte zu kombinieren, kann eine Einmaterial-Einwerkzeug-Spritzgusskonstruktion eingesetzt werden. Mechanische Elemente wie Positionierstifte und Seitenwände lassen sich zusammen mit der Lichtleiterplatte in einem Bauteil ausformen. Da sie aus demselben lichtleitenden Material bestehen, können auch diese Strukturelemente Licht führen.
Vorteile: Es wird nur ein Werkzeug benötigt, wodurch sich sowohl die Werkzeug- als auch die Materialkosten reduzieren lassen.
Nachteile:
(a) Außerhalb des sichtbaren LCD-Bereichs (Viewing Area, VA) kann Streulicht bzw. Lichtaustritt auftreten. Beispielsweise können die Seitenwände und Positionierstifte der Lichtleiterplatte sichtbar leuchten.
(b) Bei gleicher Größe der Hintergrundbeleuchtung ist die Leuchtdichte geringfügig niedriger.
(c) Komplexere Konstruktionen zur mechanischen Positionierung lassen sich unter Umständen nicht mit nur einem Werkzeug realisieren.
Empfohlene Anwendungen: Diese Ausführung eignet sich insbesondere für kostenorientierte Anwendungen. Durch eine entsprechende mechanische Konstruktion des Produkts kann sichtbares Licht außerhalb der VA abgeschirmt werden, sodass unerwünschter Lichtaustritt für den Anwender nicht direkt sichtbar ist.
Wenn eine Reduzierung des Lichtaustritts und eine einfachere mechanische Integration erforderlich sind, kann eine Zweimaterial-Zweiwerkzeug-Spritzgusskonstruktion eingesetzt werden. Dabei werden für die Lichtleiterplatte und den Kunststoffrahmen separate Spritzgusswerkzeuge verwendet.
Vorteile:
(a) Außerhalb der VA tritt kein sichtbares Licht auf. Beispielsweise bleiben die Seitenwände und Positionierstifte ohne sichtbare Beleuchtung.
(b) Bei gleicher Größe der Hintergrundbeleuchtung ist die Leuchtdichte geringfügig höher als bei einer Einmaterial-Einwerkzeug-Spritzgusskonstruktion.
(c) Komplexere Konstruktionen zur mechanischen Positionierung können realisiert werden.
Nachteile: Es werden zwei Werkzeuge benötigt, wodurch die Werkzeug- und Materialkosten höher ausfallen.
Empfohlene Anwendungen: Diese Ausführung eignet sich für Anwendungen, bei denen außerhalb der VA kein sichtbares Licht zulässig ist oder eine höhere Leuchtdichte der Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist. Im Folgenden werden die konstruktiven Unterschiede zwischen Lichtleiterplatten im Einmaterial-Einwerkzeug- und Zweimaterial-Zweiwerkzeug-Spritzgussverfahren gegenübergestellt.
Der Positionierstift ist transparent. An der Unterseite der Hintergrundbeleuchtung wird eine Reflektorfolie angebracht.
Der Positionierstift ist lichtundurchlässig. Da der Kunststoffrahmen ebenfalls lichtundurchlässig ist, wird an der Unterseite der Hintergrundbeleuchtung keine Reflektorfolie benötigt.
An den Seiten wird reflektierendes Klebeband angebracht.
An den Seiten ist kein reflektierendes Klebeband erforderlich.
Die Lichtleiterplatte und die Positionierstifte werden als ein Bauteil spritzgegossen.
Die Lichtleiterplatte und der Kunststoffrahmen sind zwei separate Bauteile.
Die Positionierstifte und Seitenwände werden sichtbar beleuchtet.
Die Positionierstifte und Seitenwände werden nicht sichtbar beleuchtet.
Auch bei angebrachtem reflektierendem Klebeband kann an den Seiten Licht austreten.
An den Seiten tritt kein Licht aus.
Auch mit einer Reflektorfolie kann an der Unterseite noch eine geringe Lichtmenge austreten.
Der Kunststoffrahmen an der Unterseite ist lichtundurchlässig und verhindert dort den Lichtaustritt.
Für Anwendungen, bei denen ein reduzierter Lichtaustritt, eine einfachere mechanische Integration und ein besserer Schutz des LCDs erforderlich sind, kann eine Zweimaterial-Zweiwerkzeug-Spritzgusskonstruktion eingesetzt werden. Der mechanische Rahmen kann mit umlaufenden Seitenwänden auf allen vier Seiten ausgeführt werden (siehe Abbildung 5). Bei begrenztem Bauraum können alternativ Seitenwände nur an zwei Seiten vorgesehen werden (siehe Abbildung 6). Diese Rahmenkonstruktion bietet folgende Vorteile:
Abbildung 5: Lichtleiterplatten-Design mit Seitenwänden auf vier Seiten
Abbildung 6: Lichtleiterplatten-Design mit Seitenwänden auf zwei Seiten
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