Rozpraszające diody LED w prawo: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Diody LED są obecnie szeroko stosowane nawet w życiu codziennym i można uzyskać wiele informacji o tym, jak z nich korzystać. Istnieje wiele samouczków dotyczących zasilania diod LED i włączania ich w różne instalacje oświetleniowe. Jednak niewiele jest informacji na temat tego, jak kontrolować lub kształtować światło emitowane przez diody LED.

Diody LED to źródło światła, które równomiernie emituje światło z bardzo małego punktu w każdym kierunku. W zależności od typu diody i sposobu jej zbudowania światło często skierowane jest w szeroki stożek. Diody LED o dużej mocy lub diody LED SMD, takie jak WS2812b lub APA102, zwykle mają kąt świecenia 120°-140°, diody LED 5 mm mogą mieć kąt wiązki do 180°. Oznacza to, że na całym kącie tej wiązki emitowana jest taka sama ilość światła. Ale ponieważ mamy jeden punkt początkowy, jeśli oświetlimy światło diody LED płaską powierzchnię, uzyskamy plamkę światła, która jest najjaśniejsza pośrodku i traci jasność, im dalej od środka się oddalamy.

W instalacjach świetlnych iw fotografii (dziedzina, która mnie bardzo interesuje) dążysz do bardziej jednorodnego rozkładu światła. Kluczem do tego jest rozpraszanie światła. Więc w tej instrukcji podzielę się z tobą, jak możesz rozproszyć diody LED we właściwy sposób i na co musisz zwrócić uwagę.

Krok 1: Matematyka I

Załóżmy, że używamy zwykłych diod LED, które można znaleźć na taśmie LED. Zwykle są to diody 5050, co oznacza, że mają kwadrat 5 mm na 5 mm, a jeśli masz 60 diod / m, zwykle masz jedną diodę LED na 17 mm na pasku. Te diody LED zwykle mają również kąt wiązki wynoszący 120°, co daje wzór taki, jak widać na szkicu.

Te paski są często używane, ponieważ tylko w niewielkiej odległości od paska wiązki każdej diody LED nakładają się na siebie tak bardzo, że łączą się w pasek światła. Chociaż dotyczy to większości zastosowań, nadal występują gorące punkty i patrząc bezpośrednio na światło, widzisz każdą pojedynczą diodę LED. W przypadku instalacji świetlnych lub jeśli chcesz użyć taśmy LED w fotografii z długim czasem naświetlania, nie jest to pożądane.

Krok 2: Co możesz kupić

Dostępnych jest kilka rodzajów profili aluminiowych, które są przeznaczone do umieszczenia taśm LED i często są wyposażone w różne rodzaje dyfuzorów. Na pierwszym zdjęciu widać te najczęstsze.

Pierwsza jest ledwie dostatecznie głęboka, aby pomieścić diody LED i jest najmniej efektywna, więc odłóżmy ją i spójrzmy na pozostałe.

Drugi ma głębszy profil i płaską osłonę dyfuzora. Głębokość wynosi około 11 mm, co powoduje umieszczenie dyfuzora około 10 mm nad diodami LED. Zapamiętajmy te wartości i spójrzmy na następne.

Trzecia ma podobny profil aluminiowy jak druga, ale wykorzystuje okrągły profil dla dyfuzora. Dzięki temu najwyższy punkt dyfuzora znajduje się w odległości około 17 mm od diod LED. Okrągły profil sprawia, że światło jest tym bardziej równomierne, im bardziej oddalasz się od środka belki (pamiętaj, że mamy jeden punkt początkowy i światło musi podróżować dalej, im bardziej oddalasz się od środka).

Krok 3: Matematyka II

Rzućmy okiem na dwa aluminiowe profile z ostatniego kroku. Mamy odległość 10mm i 17mm od diod LED oraz kąt świecenia 120°. Daje to wzór taki, jak widać na szkicach.

Jak widać w przypadku 10mm, stożki wiązki zachodzą na siebie tylko w około połowie stożków. Granice szyszki sięgają prawie do połowy następnego. Możesz pomyśleć, że to wystarczy, aby uzyskać równomierną dystrybucję, ale spójrzmy na drugą.

Przy odległości 17mm otrzymujemy trzy stożki dość mocno zachodzące na siebie, co skutkuje lepszym rozsyłem światła. Stożek jednej diody LED prawie sięga środka diody LED 2 umieszczonej dalej w dół paska. Tak więc jego światło jest całkowicie rozłożone na światło sąsiada.

Krok 4: Testowanie wytłoczeń

Zobaczmy, czy matematyka, na którą patrzyliśmy w ostatniej części, sumuje się i otrzymujemy dobry rozkład światła.

Pierwsze zdjęcie przedstawia taśmę LED włożoną do połowy w profil o głębokości 10mm. Jak widać, nadal pojawiają się gorące punkty, ale przestrzeń między diodami LED jest również dość jasno oświetlona. Jeśli użyjesz tego w długiej ekspozycji i przesuniesz go przez widok kamery, jak pokazano na drugim zdjęciu, zobaczysz, że jest różnica między gołymi diodami LED, a następnie jedną w pasku, ale miejsca, w których diody są wyświetlane, tworzą jasne linie.

Trzecie zdjęcie przedstawia taśmę LED umieszczoną do połowy w profilu o głębokości 17mm. Światło rozchodzi się znacznie lepiej i ledwo widać, gdzie są poszczególne diody LED. Ponownie używając tego przy długiej ekspozycji, jak pokazano na czwartym zdjęciu, widzimy różnicę między gołymi diodami LED a tym dyfuzorem. Światło jest bardzo jednorodne, ale jeśli przyjrzysz się uważnie, nadal możesz zobaczyć różnice w jasności światła, ale jest znacznie lepsze niż poprzednie.

Krok 5: Matematyka III

Wróćmy do matematyki i przeanalizujmy to, co widzieliśmy. Przy odległości 17mm od diod mamy już dobry wynik, ale można go jeszcze poprawić.

Pamiętajmy, że dioda LED to jednopunktowe źródło światła, które równomiernie rozprowadza światło w każdym kierunku. Dyfuzor jest płaską powierzchnią, więc musimy patrzeć na kąt i natężenie światła. Im dalej od źródła światła, tym światło będzie słabsze. Jeśli spojrzysz na pierwsze zdjęcie, zobaczysz, że przy odległości 30mm kąt świecenia 120° rozprowadza światło na ponad 100mm. Ale ponieważ światło musi podróżować znacznie dalej na granicy tego stożka, światło jest znacznie słabsze niż w środku.

To, czego szukamy, to taka sama wysokość do obszaru objętego racją. Jeśli oświetlamy płaską powierzchnię, a odległość światła od powierzchni jest mniej więcej równa, mamy bardziej równomierny rozkład światła. Można to osiągnąć albo robiąc z dyfuzora kulę ze źródłem światła w środku, albo możemy poszukać innego kąta do matematyki.

Jeśli to obliczysz, otrzymasz kąt około 53,13°, przy którym wysokość trójkąta jest równa długości odcinka przeciwnego do kąta. Aby trochę ułatwić, weźmy kąt 60°. Na drugim szkicu widać wynik, jeśli zastosujemy kąt 60°. Plamka stożka 60 ° ma mniej więcej taką samą jasność, jeśli na nią spojrzysz lub uchwycisz ją aparatem. Stosując to do dyfuzora o głębokości 17 mm widzimy, że został on całkiem dobrze zaprojektowany.

Wszystko to mówi nam, że jeśli chcesz stworzyć własny dyfuzor, umieść go w takiej samej odległości od diod LED, jak diody LED są od siebie. W ten sposób uzyskasz już całkiem dobre wyniki.

Krok 6: Poprawa wyników - podwójna dyfuzja

Ponieważ nie byłem zadowolony z dotychczasowych wyników, szukałem sposobu na jeszcze lepsze rozproszenie światła.

Zastanówmy się więc nad różnicą między światłem skierowanym a rozproszonym. Główną różnicą, która ma tutaj znaczenie, jest to, że przy świetle skierowanym mamy proste linie światła odchodzące od jednego punktu. Więc im dalej od tego miejsca oddalimy się, tym mniej światła dostaniemy. Rzutując go na płaską powierzchnię zawsze dostaniemy spadek jasności. Światło rozproszone oznacza, że nie mamy jednego źródła światła, ale duże. A także, że światło rozchodzi się z każdego punktu tego dużego źródła światła w każdym kierunku. Dyfuzor to urządzenie, które zamienia światło bezpośrednie w światło rozproszone, dzięki czemu dyfuzor w zasadzie staje się nowym źródłem światła, które tym razem nie jest tylko pojedynczym punktem.

Teraz, jeśli weźmiemy to źródło światła, które wciąż ma kilka gorących punktów i rozproszymy je po raz drugi, otrzymamy całkowicie jednorodny rozkład. To prawda, że pierwsza warstwa dyfuzji ma gorące punkty, ale tylko w niewielkiej odległości od nich światło ze wszystkich punktów w tym gorącym punkcie nakłada się tak bardzo, że nie jest już widoczne. Jedynym minusem jest to, że aby rozproszyć światło, musimy użyć materiału, który jest trochę nieprzezroczysty, co zmniejsza intensywność światła. Dzięki podwójnej dyfuzji jeszcze bardziej zmniejszamy intensywność, ale w zastosowaniach, w których jest to ważne, nie jest to tak ważne.

Bardzo prostym i skutecznym sposobem na stworzenie podwójnej dyfuzji jest umieszczenie waty pomiędzy paskiem LED a dyfuzorem. Na zdjęciach widać efekt wkładania watoliny w profil aluminiowy o głębokości 10mm i głębokości 17mm. Jak widać, 10mm poprawia się, a 17mm staje się prawie idealny do pracy.

Krok 7: Inne rozwiązanie: zwiększ odległość do dyfuzora

Innym rozwiązaniem jest również zwiększenie odległości od diody do dyfuzora. Jeśli cofniesz się o kilka kroków z wysokością odległości między każdą diodą LED, uzyskasz pokrycie obszaru, który jest równy odległości między diodami LED. Ale jeśli zwiększysz odległość, te stożki światła zachodzą na siebie jeszcze bardziej i spowoduje to nakładanie się gorących punktów tak bardzo, że połączą się ze sobą. W tym narzędziu, które zaprojektowałem do malowania światłem, odległość między diodami LED a dyfuzorem jest z grubsza dwukrotnie większa niż odległość między każdą diodą LED. A jak widać, powstałe światło jest dobrze rozprowadzone. Ostatnie zdjęcie to długa ekspozycja, na której użyłem tych narzędzi do narysowania smug światłem.

Krok 8: Wniosek

Jeśli chcesz zbudować ładnie wyglądającą instalację świetlną z diodami LED, zadbaj o odpowiednie rozproszenie światła. W niektórych przypadkach pożądany jest pojedynczy punkt świetlny, ale w większości przypadków potrzebujesz bardziej przyjemnego wyglądu, a rozproszone źródło światła to zapewni. Jeśli pracujesz w kinematografii lub fotografii, powinieneś już dużo wiedzieć o świetle bezpośrednim i rozproszonym, a tutaj masz pewien wgląd w to, jak zamienić jedno w drugie.

Jeśli chcesz zrobić bardziej profesjonalną podwójną dyfuzję, możesz użyć arkuszy akrylu. Są to arkusze akrylowe o przepuszczalności światła 79%, które zwykle stosuje się w instalacjach łazienkowych jako ochrona prywatności. Mają dobrą nieprzezroczystość, która może służyć jako dyfuzor, jeśli ją podwoisz. W przypadku podwójnej dyfuzji nie jest potrzebna pełna odległość między każdą diodą LED. Umieść pierwszą warstwę dyfuzyjną na około 1/3 odległości między diodą LED a drugą warstwą na 2/3 odległości. W ten sposób uzyskasz bardzo równomierny rozkład światła na drugiej warstwie. Ale możesz też po prostu wykorzystać odległość między diodami i umieścić pierwszy poziom pośrodku.

Istnieje wiele innych sposobów na osiągnięcie tego celu, takich jak akrylowe kanalizowanie światła, ale są one bardziej złożone i zwykle łatwiej jest zastosować pojedynczą dyfuzję z wystarczającą odległością lub podwójną dyfuzję.