Difúzní LED diody vpravo: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

LED diody jsou v dnešní době široce používány i v každodenním životě a můžete získat spoustu informací o tom, jak je používat. Existuje mnoho návodů k napájení LED a jejich zahrnutí do různých světelných instalací. Existuje však jen velmi málo informací o tom, jak ovládat nebo tvarovat světlo vyzařované LED diodami.

LED diody jsou světelným zdrojem, který rovnoměrně vyzařuje světlo z velmi malého bodu v každém směru. V závislosti na typu LED a na tom, jak je postavena, je světlo často směrováno do širokého kužele. Vysoce výkonné LED diody nebo SMD LED jako WS2812b nebo APA102 mají obvykle úhel paprsku 120 ° -140 °, 5mm LED diody mohou mít úhel paprsku až 180 °. To znamená, že v celém úhlu tohoto paprsku je emitováno stejné množství světla. Ale protože máme jediný bod původu, pokud svítíme LED diodou na rovný povrch, získáme světelný bod, který je nejjasnější uprostřed a ztrácí jas, čím dále se vzdalujete od středu.

Ve světelných instalacích a ve fotografii (oblast, která mě velmi zajímá) bojujete o homogennější distribuci světla. Klíčem k tomu je difúze světla. Takže v tomto Instructable se s vámi podělím o to, jak můžete LED diody rozptýlit správným způsobem a čemu musíte věnovat pozornost.

Krok 1: Matematika I

Předpokládejme, že používáme normální LED diody, které najdete na LED pásku. Obvykle se jedná o 5050 LED diod, což znamená, že jsou čtverce 5 mm x 5 mm, a pokud máte 60 LED/m, obvykle máte na LED pásku každou 17 mm. Tyto LED diody mají také obvykle úhel paprsku 120 °, což má za následek vzor, jaký můžete vidět na náčrtu.

Tyto pásy se často používají, protože paprsky jednotlivých LED se jen kousek od pásu překrývají natolik, že se spojují do světelné tyče. I když to platí pro většinu aplikací, stále máte hotspoty a při pohledu přímo na světlo vidíte každou jednotlivou LED. U světelných instalací nebo pokud chcete použít LED pásek při fotografování s dlouhou expozicí, to není žádoucí.

Krok 2: Co si můžete koupit

Existuje několik typů hliníkových výlisků, které jsou určeny k umístění LED pásků a často také přicházejí s různými druhy difuzorů. Na první fotografii můžete vidět ty nejběžnější.

První z nich je sotva dostatečně hluboký na to, aby mohl umístit LED diody, a je nejméně účinný, takže jej můžeme odložit a podívat se na ostatní.

Druhý má hlubší profil a plochý difuzor. Hloubka je kolem 11 mm, což umístí difuzor asi 10 mm nad LED diody. Pamatujme si tyto hodnoty a podívejme se na další.

Třetí má podobný hliníkový profil jako druhý, ale pro difuzor používá kulatý profil. To umístí nejvyšší bod difuzoru přibližně 17 mm od LED diod. Kulatý profil také zajišťuje, že světlo je rovnoměrnější, čím dále se dostanete od středu lišty (pamatujte, že máme jediný bod původu a světlo musí cestovat dále, čím více se dostanete pryč od středu).

Krok 3: Matematika II

Pojďme se podívat na dva hliníkové výlisky posledního kroku. Máme vzdálenost 10 mm a 17 mm od LED a úhel paprsku 120 °. Výsledkem je vzor, jaký vidíte na náčrtech.

Jak vidíte na 10 mm, kužely paprsků se překrývají pouze asi z poloviny kuželů. Hranice kužele dosahují téměř poloviny dalšího. Možná si myslíte, že to stačí k rovnoměrnému rozdělení, ale pojďme se podívat na ten druhý.

Se vzdáleností 17 mm získáte tři kužely, které se překrývají, poměrně silné, což má za následek lepší distribuci světla. Kužel jedné LED téměř dosáhne středu LED 2 míst dále po pásu. Jeho světlo se tedy plně rozšíří nad světlo jeho souseda.

Krok 4: Testování výlisků

Podívejme se, jestli se matematika, na kterou jsme se podívali v poslední části, sčítá a získáme dobrou distribuci světla.

První fotografie ukazuje LED pás vložený do poloviny vytlačování s hloubkou 10 mm. Jak vidíte, stále máte horká místa, ale prostor mezi LED diodami je také docela jasný. Pokud to použijete při dlouhé expozici a přesunete to pohledem na fotoaparát, jak je znázorněno na druhé fotografii, můžete vidět, že je rozdíl mezi holými LED diodami a pak jednou v pásu, ale místa, kde jsou LED diody, vytvářejí jasné řádky.

Třetí fotografie ukazuje LED pás vložený do poloviny vytlačování s hloubkou 17 mm. Světlo je distribuováno mnohem lépe a téměř nevidíte, kde jsou jednotlivé LED diody. Opět to použijeme při dlouhé expozici, jak ukazuje čtvrtá fotografie, vidíme rozdíl mezi holými LED diodami a tímto difuzorem. Světlo je velmi homogenní, ale pokud se podíváte pozorně, stále můžete pozorovat odchylku jasu světla, ale je mnohem lepší než předchozí.

Krok 5: Matematika III

Vraťme se k matematice a analyzujme, co jsme viděli. Se vzdáleností 17 mm od LED již dosahujeme dobrého výsledku, ale stále je možné jej zlepšit.

Pamatujme, že LED je jednobodový zdroj světla, který rovnoměrně rozptyluje své světlo v každém směru. Difuzor je plochý povrch, takže se musíme dívat na úhel a intenzitu světla. Čím dále se dostaneme od zdroje světla, tím méně světla bude světlo. Když se podíváte na první fotografii, můžete vidět, že ve vzdálenosti 30 mm úhel paprsku 120 ° šíří světlo více než 100 mm. Ale protože světlo musí cestovat mnohem dále na hranici tohoto kužele, světlo je mnohem slabší než uprostřed.

To, co hledáme, je stejná nadmořská výška k pokryté dávce. Pokud svítíme světlem na rovný povrch a vzdálenost od světla k povrchu je víceméně stejná, máme rovnoměrnější rozložení světla. Toho lze dosáhnout buď tím, že se z difuzéru stane koule se zdrojem světla ve středu, nebo můžeme hledat jiný úhel k matematice pomocí.

Pokud to vypočítáte, získáte úhel asi 53, 13 °, ve kterém se výška trojúhelníku rovná délce segmentu opačného k úhlu. Aby to bylo trochu snazší, vezměme si úhel 60 °. Na druhém náčrtu můžete vidět výsledek, pokud použijeme úhel 60 °. Bod kužele 60 ° má zhruba stejný jas, pokud se na něj podíváte nebo jej zachytíte fotoaparátem. Když to aplikujeme na difuzor s hloubkou 17 mm, vidíme, že to bylo navrženo docela dobře.

To vše nám říká, že pokud si chcete vytvořit vlastní difuzor, umístěte jej ve stejné vzdálenosti od LED, jako jsou LED od sebe. Tímto způsobem již dosáhnete docela dobrých výsledků.

Krok 6: Zlepšení výsledků - dvojitá difúze

Protože jsem s výsledky zatím nebyl spokojený, hledal jsem způsob, jak získat ještě lepší šíření světla.

Pojďme se tedy zamyslet nad rozdílem mezi směrovaným a rozptýleným světlem. Hlavní rozdíl, který je zde důležitý, je ten, že s usměrněným světlem máme přímky světla odcházející z jednoho místa. Čím více se tedy z tohoto místa vzdalujeme, tím méně světla získáme. Promítnutím na rovný povrch vždy dosáhneme spadnutí jasu. Rozptýlené světlo znamená, že nemáme jediný zdroj světla, ale velký. A také, že se světlo šíří z každého bodu tohoto velkého světelného zdroje v každém směru. Difuzor je zařízení, které transformuje přímé světlo na rozptýlené světlo, takže se difuzor v podstatě stává novým světelným zdrojem, který tentokrát není jen jediným bodem.

Když vezmeme tento světelný zdroj, který má ještě několik horkých míst, a rozptýlíme ho podruhé, dostaneme zcela homogenní rozdělení. První vrstva difúze má horká místa, to je pravda, ale jen kousek od nich se světlo ze všech bodů v tomto horkém místě překrývá natolik, že už není vidět. Jedinou nevýhodou je, že k rozptýlení světla musíme použít materiál, který je trochu neprůhledný, takže snižuje intenzitu světla. Dvojitou difúzí intenzitu ještě snížíme, ale v aplikacích, kde je to důležité, to není tak důležité.

Velmi jednoduchý a účinný způsob, jak vytvořit dvojitou difúzi, je umístit mezi LED pásek a difuzor nějaké vatelín. Na fotografiích můžete vidět výsledek vaty vložené do 10 mm hlubokého a 17 mm hlubokého vytlačování hliníku. Jak vidíte, 10 mm se zlepšuje a 17 mm se s ním pracuje téměř dokonale.

Krok 7: Další řešení: Zvětšete vzdálenost k difuzéru

Dalším řešením je také zvětšit vzdálenost od LED k difuzoru. Pokud si vzpomenete na pár kroků s nadmořskou výškou vzdálenosti mezi jednotlivými LED diodami, dostanete pokrytou plochu, která se rovná vzdálenosti mezi LED diodami. Pokud ale zvětšíte vzdálenost, tyto světelné kužely se ještě více překrývají a způsobí to, že se horká místa překrývají natolik, že se navzájem spojí. V tomto nástroji, který jsem navrhl pro světelnou malbu, je vzdálenost mezi LED a difuzorem zhruba dvojnásobná než vzdálenost mezi každou LED. A jak vidíte, výsledné světlo je dobře distribuováno. Poslední fotka je dlouhá expozice, kde jsem pomocí těchto nástrojů nakreslil některé pruhy jejím světlem.

Krok 8: Závěr

Pokud chcete vytvořit pěkně vypadající světelnou instalaci s LED diodami, dbejte na správné rozptýlení světla. V některých případech je požadován jediný světelný bod, ale většinou chcete příjemnější vzhled a rozptýlený světelný zdroj vám to zajistí. Pokud pracujete v kinematografii nebo fotografii, měli byste už hodně vědět o přímém vs. rozptýleném světle a zde získáte nějaký pohled na to, jak z jednoho udělat druhé.

Pokud chcete provést profesionálnější dvojitou difúzi, můžete použít akrylové listy. Existují akrylátové desky se světelnou propustností 79%, ty se obvykle používají při instalaci do koupelny jako ochrana soukromí. Mají dobrou opacitu, aby mohly být použity jako difuzor, pokud jej zdvojnásobíte. Pro dvojitou difúzi není nutná plná vzdálenost mezi každou LED. Umístěte první difúzní vrstvu přibližně na 1/3 vzdálenosti mezi LED a druhou vrstvu na 2/3 vzdálenosti. Tímto způsobem získáte velmi rovnoměrné rozložení světla na druhé vrstvě. Můžete však také jednoduše použít vzdálenost mezi LED a umístit první úroveň doprostřed.

Existuje mnoho dalších způsobů, jak toho dosáhnout, například pomocí vedení akrylátového světla, ale ty jsou složitější a obvykle je jednodušší použít buď jednoduchou difúzi s dostatečnou vzdáleností, nebo dvojitou difúzi.