Le module de rétroéclairage (BLM), également appelé unité de rétroéclairage, est un composant essentiel des écrans LCD monochromes. Un écran à cristaux liquides n'émettant pas lui-même de lumière, un module de rétroéclairage est nécessaire pour fournir la source lumineuse permettant l'affichage des informations. Un module de rétroéclairage pour LCD monochrome se compose généralement d'une source lumineuse LED, d'un guide de lumière (LGP) doté d'un réseau de points optiques, d'un film diffuseur et d'autres composants associés.

Le guide de lumière a pour fonction principale de diriger la lumière afin d'améliorer la luminosité de l'affichage et son uniformité. Il est généralement fabriqué en polycarbonate (PC) ou en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) de qualité optique par moulage par injection. Le réseau de points optiques requis peut être intégré à un insert de moule (stamper), ce qui permet de former le guide de lumière et son réseau de points au cours d'une seule opération de moulage par injection.

Le film diffuseur permet de répartir la lumière de manière plus homogène, tandis que le film réflecteur renvoie vers le guide de lumière la lumière dirigée vers le fond du module. Cette configuration améliore l'efficacité d'utilisation de la lumière tout en réduisant les fuites lumineuses. Les modules de rétroéclairage pour LCD monochromes utilisent couramment une architecture à éclairage latéral (Edge-Lit), dans laquelle la source lumineuse est placée sur le côté du guide de lumière. La lumière pénètre alors par la tranche du guide avant d'être guidée et répartie sur l'ensemble de la zone d'affichage.

Lors de la conception d'un module de rétroéclairage à éclairage latéral, il est nécessaire de prendre en compte à la fois la conception mécanique et les performances d'affichage recherchées. Selon les contraintes mécaniques et les exigences de l'application, le guide de lumière peut être réalisé par injection avec un seul matériau et un seul moule (Figure 2A), ou avec deux matériaux et deux moules distincts (Figure 2B).

Structures des modules de rétroéclairage

Figure 2A : Injection avec un seul matériau et un seul moule

Figure 2B : Injection avec deux matériaux et deux moules

Pour assurer à la fois le guidage de la lumière et le positionnement mécanique, le guide de lumière peut adopter une structure injectée avec un seul matériau et un seul moule. Les éléments mécaniques, tels que les plots de positionnement et les parois, peuvent être moulés directement avec le guide de lumière et deviennent ainsi eux-mêmes des structures conductrices de lumière.

Avantages : Un seul moule est nécessaire, ce qui permet de réduire les coûts de moulage et de matière.

Inconvénients :
(a) Des fuites lumineuses peuvent apparaître en dehors de la zone visible du LCD (VA). Par exemple, les parois et les plots de positionnement du guide de lumière peuvent devenir visiblement lumineux.
(b) À dimensions de rétroéclairage identiques, la luminosité est légèrement inférieure.
(c) Les conceptions nécessitant un positionnement mécanique plus complexe peuvent être difficiles à réaliser avec un seul moule.

Applications recommandées : Cette solution convient aux applications pour lesquelles le coût constitue un critère prioritaire. La conception mécanique du produit peut être adaptée afin de masquer la lumière visible en dehors de la VA et d'éviter que les fuites lumineuses ne soient directement perceptibles par l'utilisateur.

Lorsque la conception nécessite de réduire les fuites lumineuses et de faciliter l'intégration mécanique, une structure injectée avec deux matériaux et deux moules peut être adoptée, avec des moules distincts pour le guide de lumière et le cadre en plastique.

Avantages :
(a) Aucune lumière visible n'apparaît en dehors de la VA. Les parois et les plots de positionnement, par exemple, ne deviennent pas visiblement lumineux.
(b) À dimensions de rétroéclairage identiques, la luminosité est légèrement supérieure à celle d'une structure injectée avec un seul matériau et un seul moule.
(c) Cette solution permet de réaliser des conceptions de positionnement mécanique plus complexes.

Inconvénients : Deux moules sont nécessaires, ce qui entraîne des coûts de moulage et de matière plus élevés.

Applications recommandées : Cette solution convient aux applications qui n'acceptent aucune lumière visible en dehors de la VA ou qui nécessitent une luminosité de rétroéclairage plus élevée. Les différences structurelles entre les guides de lumière injectés avec un seul matériau et un seul moule et ceux réalisés avec deux matériaux et deux moules sont présentées ci-dessous.

Comparaison des guides de lumière à un matériau/un moule et à deux matériaux/deux moules

Guide de lumière injecté avec un seul matériau et un seul moule

Le plot de positionnement est transparent et un film réflecteur est ajouté sous le rétroéclairage.

Guide de lumière injecté avec deux matériaux et deux moules

Le plot de positionnement est opaque. Le cadre en plastique étant également opaque, aucun film réflecteur n'est nécessaire sous le rétroéclairage.

Guide de lumière injecté avec un seul matériau et un seul moule

Un ruban réflecteur est appliqué sur les côtés.

Guide de lumière injecté avec deux matériaux et deux moules

Aucun ruban réflecteur n'est nécessaire sur les côtés.

Guide de lumière injecté avec un seul matériau et un seul moule

Le guide de lumière et les plots de positionnement sont moulés d'une seule pièce.

Guide de lumière injecté avec deux matériaux et deux moules

Le guide de lumière et le cadre en plastique sont deux composants distincts.

Guide de lumière injecté avec un seul matériau et un seul moule

Les plots de positionnement et les parois latérales deviennent visiblement lumineux.

Guide de lumière injecté avec deux matériaux et deux moules

Les plots de positionnement et les parois latérales ne deviennent pas visiblement lumineux.

Guide de lumière injecté avec un seul matériau et un seul moule

Des fuites lumineuses peuvent subsister même avec un ruban réflecteur appliqué sur les côtés.

Guide de lumière injecté avec deux matériaux et deux moules

Aucune fuite lumineuse ne se produit sur les côtés.

Guide de lumière injecté avec un seul matériau et un seul moule

Une faible quantité de lumière peut encore traverser la partie inférieure malgré la présence du film réflecteur.

Guide de lumière injecté avec deux matériaux et deux moules

Le cadre en plastique situé sous le rétroéclairage est opaque et empêche la lumière de traverser.

Pour les applications nécessitant une réduction des fuites lumineuses, une intégration mécanique simplifiée et une meilleure protection du LCD, une structure injectée avec deux matériaux et deux moules peut être utilisée. Le cadre mécanique peut intégrer des parois sur les quatre côtés (voir Figure 5). Lorsque l'espace disponible est limité, des parois peuvent être prévues uniquement sur deux côtés (voir Figure 6). L'ajout de ces parois au cadre présente les avantages suivants :

1. Assure une protection périphérique du LCD.
2. Les parois du rétroéclairage dépassent la surface du LCD, ce qui évite d'exercer une pression directe sur le verre après assemblage et réduit ainsi le risque de casse.
3. Le rétroéclairage et le LCD peuvent être alignés plus facilement, ce qui améliore la précision du positionnement mécanique.
4. Cette conception permet de limiter les risques de séparation entre le verre et le rétroéclairage, ainsi que de déplacement entre le LCD et le rétroéclairage sous l'effet des vibrations pendant le transport.

Figure 5 : Guide de lumière avec parois sur les quatre côtés

Figure 6 : Guide de lumière avec parois sur deux côtés