Difúzne diódy LED vpravo: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

LED diódy sú v dnešnej dobe široko používané dokonca aj v každodennom živote a môžete získať množstvo informácií o ich použití. Existuje mnoho návodov na napájanie diód LED a ich zahrnutie do rôznych svetelných inštalácií. Existuje však len veľmi málo informácií o tom, ako ovládať alebo tvarovať svetlo, ktoré vyžarujú diódy LED.

LED diódy sú svetelným zdrojom, ktorý rovnomerne vyžaruje svetlo z veľmi malého bodu v každom smere. V závislosti od typu diódy LED a spôsobu jej zostavenia je svetlo často smerované do širokého kužeľa. LED diódy s vysokým výkonom alebo SMD LED ako WS2812b alebo APA102 majú zvyčajne uhol vyžarovania 120 °-140 °, 5 mm diódy LED môžu mať uhol vyžarovania až 180 °. To znamená, že v celom uhle tohto lúča je vyžarované rovnaké množstvo svetla. Ale pretože máme jediný východiskový bod, ak svietime diódou LED na rovný povrch, dostaneme svetelný bod, ktorý je v strede najjasnejší a stráca jas, čím ďalej od stredu.

V svetelných inštaláciách a vo fotografii (oblasť, o ktorú sa veľmi zaujímam) bojujete o homogénnejšie rozloženie svetla. Kľúčom k tomu je difúzia svetla. V tomto návode sa s vami teda podelím o to, ako môžete rozptýliť LED diódy správnym spôsobom a na čo si musíte dať pozor.

Krok 1: Matematika I

Predpokladajme, že používame normálne LED diódy, ktoré nájdete na páse LED. Obvykle ide o 5050 LED diód, čo znamená, že sú štvorcové 5 mm x 5 mm a ak máte 60 LED/m, na páse máte spravidla jednu LED diódu, každú 17 mm. Tieto diódy LED majú tiež zvyčajne uhol vyžarovania 120 °, čo má za následok vzor, ako môžete vidieť na náčrte.

Tieto pásy sa často používajú, pretože iba kúsok od pásu sa lúče každej LED diódy prekrývajú natoľko, že sa spájajú do svetelnej tyče. Aj keď to platí pre väčšinu aplikácií, stále máte horúce miesta a pri pohľade priamo na svetlo vidíte jednotlivé LED diódy. Pri svetelných inštaláciách alebo ak chcete použiť pás LED pri fotografovaní s dlhou expozíciou, to nie je žiaduce.

Krok 2: Čo si môžete kúpiť

Existuje niekoľko typov hliníkových výliskov, ktoré sú určené na umiestnenie pásov LED a často sa dodávajú aj s rôznymi druhmi difúzorov. Na prvej fotografii môžete vidieť tie najbežnejšie.

Prvý z nich je sotva dostatočne hlboký na umiestnenie diód LED a je najmenej účinný, takže ho odložíme a pozrieme sa na ostatné.

Druhý má hlbší profil a plochú obrazovku difuzéra. Hĺbka je asi 11 mm, čo umiestňuje difúzor asi 10 mm nad LED diódy. Pamätajme si tieto hodnoty a pozrime sa na ďalšie.

Tretí má podobný hliníkový profil ako druhý, ale pre difúzor používa okrúhly profil. Vďaka tomu je najvyšší bod difuzéra vzdialený asi 17 mm od diód LED. Okrúhly profil tiež zaisťuje, že svetlo je rovnomernejšie, čím viac sa vzdialite od stredu lišty (pamätajte, že máme jeden pôvodný bod a svetlo musí cestovať ďalej, čím viac sa dostanete preč zo stredu lišty).

Krok 3: Matematika II

Pozrime sa na dva hliníkové výlisky z posledného kroku. Od LED diód máme vzdialenosť 10 mm a 17 mm a uhol vyžarovania 120 °. Výsledkom je vzor, ktorý vidíte na náčrtoch.

Ako môžete vidieť na 10 mm, kužele lúča sa prekrývajú iba asi do polovice kužeľov. Hranice kužeľa siahajú takmer do stredu nasledujúceho. Môžete si myslieť, že to stačí na rovnomerné rozdelenie, ale pozrime sa na druhú.

So vzdialenosťou 17 mm získate tri kužele, ktoré sa prekrývajú, dosť silné, čo má za následok lepšiu distribúciu svetla. Kužeľ jednej LED takmer dosahuje stred diódy LED 2 o niečo ďalej v páse. Jeho svetlo sa teda naplno rozšíri nad svetlo jeho suseda.

Krok 4: Testovanie výčnelkov

Pozrime sa, či sa matematika, na ktorú sme sa pozreli v poslednej časti, sčíta a dostaneme dobrú distribúciu svetla.

Prvá fotografia zobrazuje pásik LED vložený do polovice extrúzie s hĺbkou 10 mm. Ako vidíte, stále máte horúce miesta, ale priestor medzi diódami LED je tiež dosť svetlý. Ak to použijete pri dlhej expozícii a posuniete to pohľadom na fotoaparát, ako je to znázornené na druhej fotografii, môžete vidieť, že je rozdiel medzi holými diódami LED a potom jednou v páse, ale body, kde sú diódy LED vytvorené, sú jasné. linky.

Na tretej fotografii je pás LED vložený do extrúzie do polovice s hĺbkou 17 mm. Svetlo je distribuované oveľa lepšie a sotva vidíte, kde sú jednotlivé LED diódy. Keď to opäť použijeme pri dlhej expozícii, ako je to znázornené na štvrtej fotografii, vidíme rozdiel medzi holými diódami LED a týmto difúzorom. Svetlo je veľmi homogénne, ale ak sa pozriete pozorne, stále môžete vidieť odchýlky v jasu svetla, ale je oveľa lepšie ako predchádzajúce.

Krok 5: Matematika III

Vráťme sa k matematike a analyzujme, čo sme videli. So vzdialenosťou 17 mm od diód LED už dosahujeme dobrý výsledok, ale stále sa dá zlepšiť.

Pamätajme si, že LED dióda je jednobodový zdroj svetla, ktorý rovnomerne šíri svetlo v každom smere. Difúzor je plochý povrch, takže sa musíme pozerať na uhol a intenzitu svetla. Čím ďalej sa dostaneme od zdroja svetla, tým menej svetla bude svetlo. Keď sa pozriete na prvú fotografiu, vidíte, že vo vzdialenosti 30 mm uhol lúča 120 ° šíri svetlo viac ako 100 mm. Ale pretože svetlo musí cestovať oveľa ďalej na okraji tohto kužeľa, svetlo je oveľa slabšie ako v strede.

To, čo hľadáme, je rovnaká dávka nadmorskej výšky ako oblasti. Ak svietime svetlom na rovný povrch a vzdialenosť od svetla k povrchu je viac -menej rovnaká, máme rovnomernejšie rozloženie svetla. To sa dá dosiahnuť buď tým, že sa z difuzéra stane guľa so svetelným zdrojom v strede, alebo môžeme hľadať iný uhol k matematike.

Ak to vypočítate, dostanete uhol asi 53, 13 °, v ktorom sa výška trojuholníka rovná dĺžke segmentu opačného k uhlu. Aby to bolo trochu jednoduchšie, vezmite si uhol 60 °. Na druhom náčrte vidíte výsledok, ak použijeme uhol 60 °. Bod 60 ° kužeľa má zhruba rovnaký jas, ak sa naň pozriete alebo ho zachytíte fotoaparátom. Keď to aplikujeme na difuzér s hĺbkou 17 mm, vidíme, že to bolo navrhnuté celkom dobre.

To všetko nám hovorí, že ak si chcete vytvoriť vlastný difuzér, umiestnite ho v rovnakej vzdialenosti od diód LED, ako sú diódy LED od seba. Tak už dosiahnete celkom dobré výsledky.

Krok 6: Zlepšenie výsledkov - dvojitá difúzia

Keďže som s výsledkami nebol doteraz spokojný, hľadal som spôsob, ako získať ešte lepšie šírenie svetla.

Zamyslime sa teda nad rozdielom medzi smerovaným svetlom a rozptýleným svetlom. Hlavný rozdiel, ktorý je tu dôležitý, je ten, že pri smerovanom svetle máme priame čiary svetla, ktoré idú preč z jedného bodu. Čím viac sa teda z tohto jedného miesta vzdialime, tým menej svetla dostaneme. Pri projekcii na rovný povrch vždy dosiahneme spad jasu. Rozptýlené svetlo znamená, že nemáme jeden svetelný zdroj, ale veľký. A tiež, že svetlo sa šíri z každého bodu tohto veľkého svetelného zdroja každým smerom. Difúzor je zariadenie, ktoré transformuje priame svetlo na rozptýlené svetlo, takže sa difuzér v podstate stáva novým zdrojom svetla, ktorý tentoraz nie je iba jediným bodom.

Teraz, keď vezmeme tento svetelný zdroj, ktorý má ešte niekoľko horúcich miest, a rozptýli ho druhýkrát, dostaneme úplne homogénnu distribúciu. Prvá difúzna vrstva má horúce škvrny, to je pravda, ale iba kúsok od nich sa svetlo zo všetkých bodov v tomto horúcom mieste prekrýva natoľko, že už nie je viditeľné. Jedinou nevýhodou je, že na rozptýlenie svetla musíme použiť materiál, ktorý je trochu nepriehľadný, takže znižuje intenzitu svetla. Dvojitou difúziou ešte viac znížime intenzitu, ale v aplikáciách, kde je to dôležité, to nie je také dôležité.

Veľmi jednoduchý a účinný spôsob, ako vytvoriť dvojitú difúziu, je vložiť vatu medzi LED pásik a difúzor. Na fotografiách môžete vidieť výsledok nejakej vaty vloženej do extrúzie hliníka s hĺbkou 10 mm a 17 mm. Ako vidíte, 10 mm sa zlepšuje a so 17 mm sa takmer dokonale pracuje.

Krok 7: Iné riešenie: Zvýšte vzdialenosť k difuzéru

Ďalším riešením je tiež zväčšiť vzdialenosť od LED k difuzéru. Ak si odmyslíte niekoľko krokov s nadmorskou výškou vzdialenosti medzi jednotlivými LED diódami, zobrazí sa pokrytá plocha, ktorá sa rovná vzdialenosti medzi diódami LED. Ak však zväčšíte vzdialenosť, tieto svetelné kužele sa ešte viac prekrývajú a výsledkom bude to, že sa horúce body prekrývajú natoľko, že sa navzájom zlúčia. V tomto nástroji, ktorý som navrhol na maľovanie svetlom, je vzdialenosť medzi diódami LED a difúzorom zhruba dvojnásobná ako vzdialenosť medzi každou diódou LED. A ako vidíte, výsledné svetlo je dobre distribuované. Posledná fotka je dlhá expozícia, kde som pomocou týchto nástrojov svojim svetlom nakreslil niekoľko pruhov.

Krok 8: Záver

Ak chcete vytvoriť pekne vyzerajúcu svetelnú inštaláciu s LED diódami, dbajte na správne rozptýlenie svetla. V niektorých prípadoch je požadovaný jeden svetelný bod, ale väčšinou chcete príjemnejší vzhľad a rozptýlený svetelný zdroj vám to dodá. Ak pracujete v kinematografii alebo fotografii, mali by ste už veľa vedieť o priamom vs. rozptýlenom svetle a tu získate prehľad o tom, ako z jedného urobiť druhé.

Ak chcete urobiť profesionálnejšiu dvojitú difúziu, môžete použiť listy akrylu. Existujú akrylové fólie s priepustnosťou svetla 79%, tieto sa zvyčajne používajú pri inštalácii v kúpeľni ako ochrana súkromia. Majú dobrú opacitu a môžu byť použité ako difúzor, ak ho zdvojnásobíte. Na dvojitú difúziu nie je potrebná úplná vzdialenosť medzi každou diódou LED. Prvú difúznu vrstvu umiestnite asi do 1/3 vzdialenosti medzi diódou LED a druhú vrstvu do 2/3 vzdialenosti. Takto v druhej vrstve získate veľmi rovnomerné rozloženie svetla. Môžete však tiež jednoducho použiť vzdialenosť medzi diódami LED a umiestniť prvú úroveň do jeho stredu.

Existuje mnoho ďalších spôsobov, ako to dosiahnuť, ako je použitie akrylového svetelného kanála, ale tieto sú zložitejšie a je zvyčajne jednoduchšie použiť buď jednoduchú difúziu s dostatočnou vzdialenosťou, alebo dvojitú difúziu.