Tecnologia e aplicações de tubos de luz

Os tubos de luz podem parecer simples, mas desempenham um papel fundamental no design de equipamentos eletrônicos; seu uso pode simplificar o layout da PCB, facilitar o trabalho do engenheiro de fatores humanos e permitir um design mais compacto.

Este artigo discutirá a função dos tubos de luz, a tecnologia por trás deles, a física subjacente e as escolhas e opções disponíveis para o projetista do equipamento.

O que é um tubo de luz?

Um tubo de luz é uma haste sólida de plástico transparente ou uma fibra óptica usada para transmitir luz de um LED montado na placa para outro local onde possa ser convenientemente visualizado, como um painel indicador de um módulo eletrônico.

Eles oferecem vários benefícios, incluindo indicação de status limpa e engenharia de fatores humanos mais simples. O caminho da luz não condutiva não requer terminações com solda ou crimpagem e elimina a possibilidade de curtos elétricos devido a fios presos; não são necessárias terminações com solda ou crimpagem.

Os tubos de luz são componentes essenciais em muitas aplicações eletrônicas modernas. A adição de um tubo de luz é uma solução econômica que ajuda a eliminar muitas das etapas necessárias para transportar a luz de um lugar para outro.

Como eles são usados?

Os tubos leves têm aplicações em vários setores.

Dependendo do equipamento e do design da interface do usuário de um dispositivo, um produto pode exigir mais de um - e até muitos - indicadores. Para projetos que exigem vários indicadores, os tubos de luz são a solução ideal devido ao seu baixo custo, excelente comunicação visual e flexibilidade de design.

Como eles funcionam

Um tubo de luz é colocado muito próximo a uma fonte de luz LED em uma extremidade de uma placa PCB. Seus materiais de grau óptico ajudam a levar os raios de luz até o destino desejado, normalmente na interface do usuário de um dispositivo. Os tubos de luz transmitem cerca de 80 a 90% da luz da fonte de LED, dependendo do design e do espaçamento. Quanto mais próximos os tubos de luz estiverem do(s) LED(s), mais eficiente será a transferência de luz. Obviamente, o(s) tubo(s) de luz usado(s) precisará(ão) ser classificado(s) para a mesma quantidade de calor produzida pelo LED ou pela fonte de luz, portanto, essa também deve ser uma consideração de projeto que pode ditar a distância mínima permitida entre o tubo de luz e a fonte de luz.

Categorias de tubos de luz

Dois tipos de tubos de luz são comumente usados: tubos rígidos e flexíveis.

O que é um tubo de luz rígido?

O que é um tubo de luz flexível?

Um tubo de luz flexível é preferível quando a luz precisa ser movida por distâncias maiores ou ao redor de obstáculos entre o LED e um painel frontal ou outro local de exibição. Um conjunto de tubo de luz flexível consiste em um adaptador, que proporciona menos ou nenhum vazamento de luz, e uma fibra óptica flexível com uma tampa de lente. Os tubos de luz flexíveis são imunes à interferência eletromagnética (EMI) e não conduzem nem transferem pulsos de descarga eletrostática (ESD).

Os tubos de luz flexíveis são mais complexos e custam mais do que os tubos de luz rígidos; eles resolvem os desafios de acessibilidade para os engenheiros, dando-lhes a flexibilidade de contornar componentes na placa de circuito impresso (PCB) que impedem o acesso em linha reta à área de indicação no painel frontal.

A Figura 5 mostra as várias partes de um projeto de tubo de luz flexível. Os componentes consistem no LED no ponto A; um adaptador SMD-22 que garante que não haja vazamento de luz em um tubo adjacente; uma fibra óptica de plástico (POF); e uma tampa de lente no ponto B que é ligada à POF.

Os tubos de luz flexíveis facilitam o acréscimo de indicadores adicionais ou a substituição de um conjunto danificado, pois a tampa da lente no ponto B pode estar a até 60 metros da fonte de luz LED no ponto A. O tubo de luz e a lente precisam de muito menos espaço próximo à face do painel do que o LED e seu circuito. Se um engenheiro de fatores humanos descobrir que outro indicador é necessário e que o espaço é um problema, um grande redesenho pode ser evitado adicionando outro indicador com um adaptador flexível roteado de outro LED que pode estar em um local completamente diferente do primeiro LED. O acoplamento do tempo de projeto e do espaço de projeto melhora radicalmente as preocupações com os custos em uma variedade de setores e aplicações. Cinco cores diferentes de revestimento de POF melhoram a instalação e a identificação visual no campo pelos técnicos, além de esclarecer as referências nos manuais do usuário.

Comparação entre tipos rígidos e flexíveis

Os tubos de luz rígidos e flexíveis oferecem duas opções distintas. Cada uma delas tem vantagens e desvantagens. Aqui estão algumas diretrizes para ajudá-lo a fazer a escolha certa.

Considerações de projeto para o uso de tubos de luz

O engenheiro de projeto deve prestar muita atenção ao emparelhamento do tubo de luz e do LED para minimizar a perda de luz e garantir o melhor desempenho. O LED deve ser combinado de forma eficaz com a entrada do tubo de luz para permitir a captura adequada de luz com perda mínima de luz.

Obviamente, a posição do tubo de luz pode afetar as propriedades da luz. Para minimizar a perda de luz, uma regra geral é usar um LED com um ângulo de visão estreito de 160 graus ou menos e posicionar o tubo de luz e o LED a uma distância não superior a 0,05". Há um pouco mais do que isso para obter o melhor produto para seu projeto. É aí que entram as simulações de luz. Entre em contato com nossa equipe para executar uma simulação e determinar o tubo de luz ideal para o seu projeto. E não se esqueça das restrições que você pode ter com base no tipo de tubo de luz que você usa: Restrições de projeto de tubo leve rígido Não é possível dobrar os limites de comprimento: Ajuste por pressão: 1,20" Personalizado: 1,5" Padrão: até 2" com versões mais curtas disponíveis Restrições de projeto do tubo de luz flexível Curvas de até 30 graus

A importância de reduzir o sangramento de luz

O vazamento de luz ocorre quando a luz do LED pode ser visível ao redor do LED e da área do tubo de luz. O vazamento de luz causa leituras falsas, cores suaves e misturadas, diafonia entre os tubos de luz adjacentes e brilho indesejado no compartimento. Quando um tubo de luz rígido está localizado sobre o LED, ele permite uma certa quantidade de vazamento de luz na base do tubo de luz. Um tubo de luz flexível é projetado para proporcionar menos vazamento de luz com uma fibra óptica revestida e um adaptador preto resistente à luz.

A flexibilidade máxima ocorre quando o projetista pode escolher entre projetar com componentes individuais (LED e tubo de luz) ou usar uma solução completa que inclua os dois elementos.

Os tubos de luz são projetados para transportar a luz do ponto A ao ponto B da forma mais eficiente possível.

Ponto A: Onde a entrada ou a fonte de luz está localizada. Na maioria dos casos, é o LED de montagem em superfície (SMD).

Ponto B: A superfície de saída, ou onde o usuário final vê a luz na interface ou no painel indicador do dispositivo.

A perda de luz, ou vazamento de luz, ocorre quando parte da luz que viaja do Ponto A para o Ponto B escapa ou brilha em outro lugar, de modo que há menos luz disponível para brilhar no ponto de saída.

Para minimizar a quantidade de perda de luz, os projetistas podem usar um LED com um ângulo de visão estreito em vez de um com um ângulo de visão amplo para ajudar a diminuir a distância entre o tubo de luz e o LED, onde a luz poderia escapar. Quanto maior for a distância entre o tubo de luz e o LED, maior será o espaço para a luz escapar antes de entrar no tubo de luz e se deslocar até o ponto de saída.

Observação: sempre haverá algum nível de luz que se perde no trajeto entre o local onde o LED está localizado e o ponto de saída onde o usuário final vê a luz.

Principais especificações e opções

Independentemente do tipo de tubo de luz escolhido, há várias opções disponíveis para otimizar o design.

Entenda suas opções de LED

Um LED de montagem em superfície (SMD) é montado na superfície da placa de circuito impresso e não precisa de furos. Os LEDs de furo passante são montados inserindo os condutores através da PCB e soldando-os para proporcionar uma conexão mais forte entre as camadas, o que também pode suportar algumas condições de estresse ambiental. Um LED SMD tende a ser menor e mais brilhante do que o equivalente com furo passante. Tanto os LEDs de passagem quanto os SMD estão disponíveis em uma ampla variedade de tamanhos, cores, luminosidades e menor potência em watts.

Cor do LED. Os LEDs SMD e through-hole estão disponíveis em uma ampla gama de cores únicas. Os LEDs SMD têm opções adicionais, incluindo branco ou simples, bicolor e tricolor, em uma variedade de configurações de cores. Adaptadores de tubo de luz estão disponíveis para uso com ambos os tipos de LEDs. Além disso, o projetista pode escolher um adaptador com um LED embutido ou um destinado ao uso com um LED separado.

Tamanho do LED. Os LEDs de montagem em superfície são baseados em tamanhos padrão do setor e os LEDs de furo passante são dimensionados em milímetros (1,8 mm, 3 mm, 5 mm). Por exemplo, um pacote 0402 (SM0402) é baseado em dimensões aproximadas (comprimento × largura) de aproximadamente 0,4 mm de comprimento por 0,2 mm de largura.

Intensidade do LED. A saída de luz (intensidade de brilho) dos LEDs SMD e de furo passante é comumente medida em milicandelas (mcd) ou lúmens (lm). Quanto mais alta a classificação de mcd ou lm, mais brilhante é a intensidade da luz.

Tudo sobre lentes

A lente é montada ou moldada na extremidade do tubo de luz; ela fornece um indicador visual conveniente e também protege o tubo de luz contra distúrbios mecânicos. Alguns parâmetros da lente são:

Perfil da lente. Uma lente Fresnel é projetada para focalizar a luz e proporciona redução de sombras e reflexos, além de um amplo ângulo de visão. Um perfil simples de lente plana ou lente dome também é usado para aumentar o ângulo de visão.

Cor da lente. As opções de lentes difusas, fumê e coloridas (azul, preta, verde, cinza, vermelha, amarela) estão disponíveis, dependendo do modelo.

Tamanho e formato da lente. Há uma variedade de tamanhos de lentes disponíveis, incluindo diâmetros de 2 mm, 3 mm, 4 mm e 5 mm. Estão disponíveis formatos redondos, ovais e retangulares.

Junta de vedação e classificação IP

As aplicações em muitos setores precisam operar em ambientes adversos, nos quais é fundamental que a tampa da lente seja adequadamente vedada contra os elementos com a proteção apropriada. Classificação IP. A classificação IP de uma tampa de lente indica o nível de proteção que ela oferece contra a entrada de sólidos, inclusive poeira, e líquidos, inclusive umidade ou água. Uma classificação de IP é expressa na forma "IPXY", em que X e Y são valores numéricos.

O primeiro dígito em uma classificação IP indica o nível de proteção contra a entrada de objetos sólidos: de IP0x (sem proteção) a IP6x (proteção completa contra poeira). O segundo dígito refere-se à proteção contra líquidos: de IPx0 (sem proteção) a IPx9 (proteção contra jatos de água).

Componentes relacionados a tubos de luz

O design de um tubo de luz inclui mais do que o LED, o tubo e a lente. São necessários componentes adicionais para formar um sistema completo, e há várias opções para cada um deles.

Tipo de montagem

Há várias opções de montagem para tubos de luz, dependendo de sua aplicação e dos requisitos de fabricação.
Se flexível e rígido fossem as únicas opções, suas opções poderiam ser limitadas. Os tubos de luz são projetados para acomodar uma ampla variedade de tipos de montagem.
Além da decisão entre rígido e flexível, há várias outras considerações ao escolher um tubo de luz para seu projeto. Sua fonte de energia e o tamanho geral do projeto podem determinar o tipo de montagem que deve ser usado com o tubo de luz.