Introdução de um hacker às placas de guia de luz DIY

No ano passado, senti-me compelido a fazer uma réplica em escala reduzida dos icônicos sinais da câmara de teste do videogame Portal. Se você já jogou, vai se lembrar desses sinais como os monólitos iluminados que marcavam o início de cada câmara de teste. No estilo hiperestilizado dos videogames, eles também eram extremamente magros.

Fiel ao original, minha réplica precisaria ser reduzida e iluminada por trás com um brilho branco natural e uniforme. Quis o destino que o ponto crucial deste projeto fosse encontrar uma maneira de fazer exatamente isso: difundir a luz que entrava pelas bordas para que fosse emitida uniformemente pela frente.

O que eu pensei que seria um projeto rápido acabou sendo um mergulho na toca do coelho que rendeu alguns resultados satisfatórios. Hoje, gostaria de compartilhar minhas descobertas e apresentar a você as placas de guia de luz, um dos principais blocos de construção dentro de grande parte da tecnologia de tela retroiluminada atual. Vou me aprofundar em alguns dos princípios de trabalho, apresentá-lo à minha abordagem de homebrew e deixá-lo com algum código-fonte inspirador para seguir em frente e criar o seu próprio.

Enfrentar esse projeto me fez pensar: como os fabricantes da indústria eletrônica iluminam as telas ultraplanas de laptops e TVs para obter um brilho perfeitamente uniforme? Após um pouco de pesquisa na Internet, descobri um tesouro de informações úteis.

Antes de nos aprofundarmos em como a indústria de eletrônicos de consumo resolve esse problema, quero primeiro guiá-lo por um projeto paralelo de hacker análogo: a tela de borda iluminada em acrílico cortado a laser. Apresentamos alguns projetos como esses no Hackaday, e eles têm o nível certo de complexidade para você se aventurar no Hackerspace local.

O conceito central é que as chapas de acrílico transparente têm a capacidade de atuar como fibra ótica, canalizando a luz de uma borda à outra. A viagem não é perfeitamente reta embora. Grande parte da luz entra em um ângulo, saltando para frente e para trás entre as superfícies superior e inferior antes de sair pela outra borda. Ao gravar um padrão em uma superfície do acrílico, criamos um local onde a luz é absorvida e emitida, em vez de refletida principalmente. Podemos tirar proveito dessa peculiaridade para criar uma sinalização bastante elegante.

Algo que observadores atentos podem apontar: os recursos da imagem que estão mais distantes da fonte de luz são visivelmente mais escuros. Para entender esse fenômeno, precisamos de um pouco de física.

Algumas teorias ópticas bastante simples por trás desse projeto hacker podem nos ajudar a entender o que está acontecendo. Vamos começar com uma vista lateral em corte deste projeto, onde o lado esquerdo é iluminado por uma barra de LEDs.

Nesta configuração, uma fonte de luz brilha de uma borda da placa, enviando raios de luz para a placa em vários ângulos. Acontece que existe um ângulo especial Φc chamado de ângulo crítico. Os raios de luz atingindo o limite da superfície em menos de Φc sairão da placa imediatamente em um ângulo de saída ligeiramente diferente de acordo com a lei de Snell. Os raios de luz que atingem a superfície em ângulos maiores ou iguais a Φc serão totalmente refletidos internamente. Em outras palavras, eles continuarão a saltar dentro da placa em um ângulo fixo para sempre, a menos que sejam interrompidos. Para vidro e plástico, Φc ≈ 42°.

Ao gravar a superfície da placa, criamos locais onde os raios de luz refletidos internamente podem se espalhar e sair da placa em um local específico, em vez de refletir de volta internamente. Este é o fenômeno que faz com que os sinais brilhem.

Neste ponto, você pode adivinhar por que as características gravadas do sinal tornam-se mais escuras à medida que se afastam da fonte de luz. É porque uma porção maior dos raios de luz refletidos internamente já saiu da placa anteriormente.

Acontece que os fabricantes de LCD implementam um esquema de luz de fundo que usa uma abordagem semelhante ao que vimos até agora. Descasque o interior de uma tela de cristal líquido para descobrir que ela realmente consiste em um sanduíche de várias camadas. Separe essas camadas para encontrar uma camada polarizadora, uma camada de cristal líquido, uma camada difusora, uma folha de fibra óptica transparente e, finalmente, uma fina camada de suporte reflexiva. Essa fina folha de fibra ótica, chamada de placa guia de luz, é iluminada a partir da borda da tela com uma barra de LEDs. O objetivo dessa placa é retirar a luz refletida internamente da borda e liberá-la de maneira controlada ao longo da superfície, de forma que a frente da tela seja iluminada uniformemente.