Diffuserende lysdioder til høyre: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Lysdioder er mye brukt i disse dager, selv i hverdagen, og du kan få mye informasjon om hvordan du bruker dem. Det er mange opplæringsprogrammer om strømforsyning av LED -er og inkludert dem i forskjellige lysinstallasjoner. Men det er bare veldig lite informasjon om hvordan du kontrollerer eller former lyset som sendes ut av lysdioder.

Lysdioder er en lyskilde som avgir lys fra et veldig lite punkt i alle retninger jevnt. Avhengig av type LED og hvordan det er bygget, blir lyset ofte rettet i en bred kjegle. Lysdioder med høy effekt eller SMD-lysdioder som WS2812b eller APA102 har vanligvis en strålevinkel på 120 ° -140 °, 5 mm lysdioder kan ha en strålevinkel på opptil 180 °. Dette betyr at over hele vinkelen til denne strålen sendes den samme mengden lys ut. Men siden vi har et enkelt utgangspunkt, hvis vi skinner lyset fra en LED på en flat overflate, får vi et lyspunkt som er lysest i midten og mister lysstyrken jo lenger du kommer fra sentrum.

I lysinstallasjoner og fotografering (et felt jeg har stor interesse av) strides du om en mer homogen lysfordeling. Nøkkelen til dette er diffusjon av lyset. Så i denne instruksjonsboken vil jeg dele med deg hvordan du kan spre lysdioder på riktig måte og hva du må ta hensyn til.

Trinn 1: The Math I

La oss anta at vi bruker de vanlige lysdiodene du finner på en LED -stripe. Disse er vanligvis 5050 lysdioder, noe som betyr at de er 5 mm x 5 mm firkantede, og hvis du har 60 LED/m har du vanligvis en LED hver 17 mm på stripen. Disse lysdiodene har også vanligvis en strålevinkel på 120 °, noe som resulterer i et mønster som du kan se på skissen.

Disse strimlene brukes ofte fordi strålene i hver LED overlapper så mye at de bare smelter sammen til en lysstang bare et lite stykke unna stripen. Selv om dette er sant for de fleste applikasjoner, har du fortsatt hot spots, og du ser direkte på lyset hver enkelt LED. Dette er ikke ønsket for lysinstallasjoner eller hvis du vil bruke LED -stripen i lang eksponering.

Trinn 2: Hva du kan kjøpe

Det finnes flere typer aluminiumsekstruderinger som er ment å huse LED -strips og ofte også leveres med forskjellige typer diffusorer. På det første bildet kan du se de vanligste.

Den første er knapt dyp nok til å huse lysdiodene og er den minst effektive, så la oss sette den vekk og se på de andre.

Den andre har en dypere profil og en flat diffuserskjerm. Dybden er rundt 11 mm, noe som plasserer diffusoren rundt 10 mm over lysdiodene. La oss huske disse verdiene og ta en titt på det neste.

Den tredje har en lignende aluminiumsprofil som den andre, men bruker en rund profil for diffusoren. Dette plasserer det høyeste punktet på diffusoren rundt 17 mm fra lysdiodene. Den runde profilen sørger også for at lyset blir mer jevnt jo lenger du kommer bort fra midten av stangen (husk at vi har et enkelt utgangspunkt og lyset må reise lenger jo mer du kommer bort fra midten).

Trinn 3: The Math II

La oss ta en titt på de to aluminiumsprofilene i det siste trinnet. Vi har 10 mm og 17 mm avstand fra lysdiodene og en strålevinkel på 120 °. Dette resulterer i et mønster som du ser på skissene.

Som du kan se med 10 mm en, overlapper strålekeglene bare rundt halvparten av kjeglene. Grensen til en kjegle når nesten midten av den neste. Du tror kanskje dette er nok til å få en jevn fordeling, men la oss ta en titt på den andre.

Med en avstand på 17 mm får du tre kjegler som overlapper ganske sterkt, noe som resulterer i en bedre lysfordeling. Kjeglen på en LED når nesten midten av LED 2 steder lenger ned på stripen. Så lyset er spredt fullt ut over lyset til naboen.

Trinn 4: Testing av ekstruderingene

La oss se om matematikken vi så på i den siste delen legger opp til, og vi får en god lysfordeling.

Det første bildet viser en LED -stripe satt halvveis i ekstruderingen med en dybde på 10 mm. Som du kan se får du fremdeles varme flekker, men mellomrommet mellom lysdiodene lyser også ganske lyst. Hvis du bruker dette i en lang eksponering og beveger det gjennom visningen av et kamera som vist på det andre bildet, kan du se at det er en forskjell mellom bare LED -er og deretter en i stripen, men stedene der lysdiodene er skaper lyse linjer.

Det tredje bildet viser en LED -stripe satt halvveis i ekstruderingen med en dybde på 17 mm. Lyset fordeler seg mye bedre, og du kan knapt se hvor de enkelte lysdiodene er lenger. Igjen å bruke dette i en lang eksponering som vist på det fjerde bildet, ser vi forskjellen mellom bare LED og denne diffusoren. Lyset er veldig homogent, men hvis du ser nøye ut, kan du fortsatt se en forskjell i lysstyrken, men det er mye bedre enn det forrige.

Trinn 5: The Math III

La oss komme tilbake til matte og analysere det vi har sett. Med en avstand på 17 mm fra lysdiodene får vi allerede et godt resultat, men det kan fortsatt forbedres.

La oss huske at en LED er en enkelt punktformet lyskilde som sprer lyset jevnt i alle retninger. Sprederen er en flat overflate, så vi må se på lysets vinkel og intensitet. Jo lenger vi kommer fra lyskilden, jo mindre lys blir lyset. Hvis du ser på det første bildet, kan du se at i en avstand på 30 mm spreder en strålevinkel på 120 ° lyset over mer enn 100 mm. Men siden lyset må reise mye lenger ved grensen til denne kjeglen, er lyset mye svakere da i midten.

Det vi leter etter er den samme høyden til områdedekket rasjon. Hvis vi skinner lyset på en flat overflate og avstanden fra lyset til overflaten er mer eller mindre lik, har vi en jevnere lysfordeling. Dette kan enten oppnås ved å gjøre diffusoren til en kule med lyskilden i sentrum, eller vi kan se etter en annen vinkel til matematikken med.

Hvis du beregner det, får du en vinkel på omtrent 53, 13 ° der høyden på en trekant er lik lengden på segmentet motsatt av vinkelen. For å gjøre det litt lettere kan vi ta en vinkel på 60 °. I den andre skissen kan du se resultatet hvis vi bruker 60 ° -vinkelen. Stedet på en 60 ° -kegle har omtrent samme lysstyrke hvis du ser på den eller fanger den med et kamera. Ved å bruke dette på diffusoren med 17 mm dybde kan vi se at dette var designet ganske bra.

Alt dette forteller oss er at hvis du vil lage din egen diffuser, plasser den i samme avstand fra lysdiodene som lysdiodene er borte fra hverandre. På den måten vil du få ganske gode resultater allerede.

Trinn 6: Forbedre resultatene - dobbel spredning

Siden jeg ikke var fornøyd med resultatene så langt, lette jeg etter en måte å få en enda bedre spredning av lys.

Så la oss tenke på forskjellen mellom rettet lys og diffust lys. Hovedforskjellen som er viktig her er at med et rettet lys har vi rette lyslinjer som går bort fra et enkelt sted. Så jo lenger unna vi går fra dette ene stedet, jo mindre lys får vi. Ved å projisere den på et flatt underlag vil vi alltid få et lysstyrkefall. Spredt lys betyr at vi ikke har en eneste lyskilde, men en stor. Og også at lyset sprer seg fra hvert punkt i denne store lyskilden i alle retninger. En diffusor er en enhet som forvandler et direkte lys til et diffust lys, så diffusoren blir i hovedsak en ny lyskilde som denne gangen ikke bare er et enkelt sted.

Hvis vi tar denne lyskilden, som fortsatt har noen hot spots og diffunderer den for andre gang, får vi en helt homogen fordeling. Det første diffusjonslaget har hot spots, det er sant, men bare et lite stykke unna disse overlapper lyset fra alle punktene i dette hotspotet så mye at det ikke er synlig lenger. Den eneste ulempen er at for å spre et lys må vi bruke et materiale som er litt ugjennomsiktig, så det reduserer lysets intensitet. Med en dobbel diffusjon reduserer vi intensiteten enda mer, men i applikasjoner der dette er viktig er dette ikke så viktig.

En veldig enkel og effektiv måte å skape en dobbel diffusjon på er å plassere litt vattering mellom LED -stripen og diffusoren. På bildene kan du se resultatet av litt vattering lagt i 10 mm dyp og 17 mm dyp aluminiumsekstrudering. Som du kan se forbedres 10 mm -en og 17 mm -en blir nesten perfekt å jobbe med.

Trinn 7: En annen løsning: Øk avstanden til diffusoren

En annen løsning er også å øke avstanden fra LED til diffusor. Hvis du tenker tilbake noen få skritt med en høyde på avstanden mellom hver lysdiode, får du et område dekket som er lik avstanden mellom lysdiodene. Men hvis du øker avstanden overlapper disse lyskjeglene seg enda mer og vil resultere i at hot spots overlapper så mye at de smelter inn i hverandre. I dette verktøyet jeg designet for lysmaling, er avstanden mellom lysdioder og diffusor omtrent det dobbelte avstanden mellom hver lysdiode. Og som du kan se er det resulterende lyset godt fordelt. Det siste bildet er en lang eksponering der jeg brukte disse verktøyene til å tegne noen striper med lyset.

Trinn 8: Konklusjon

Hvis du vil bygge en flott lysinstallasjon med lysdioder, må du passe på å spre lyset riktig. I noen tilfeller er et enkelt lyspunkt ønsket, men mesteparten av tiden vil du ha et mer behagelig utseende, og en diffust lyskilde vil gi deg dette. Hvis du jobber med kinematografi eller fotografering, bør du allerede vite mye om direkte mot diffust lys, og her får du litt innsikt i hvordan du kan gjøre det til et annet.

Hvis du vil gjøre en mer profesjonell dobbel diffusjon, kan du bruke ark av akryl. Det er akrylplater med en lystransmisjon på 79%, disse brukes vanligvis i baderomsinstallasjon som personvern. Disse har god ugjennomsiktighet for å brukes som diffusor hvis du dobler den. For en dobbel diffusjon er ikke full avstand mellom hver LED nødvendig. Plasser det første diffusjonslaget rundt 1/3 av avstanden mellom LED og det andre laget på 2/3 av avstanden. På denne måten får du en veldig jevn lysfordeling på det andre laget. Men du kan også ganske enkelt bruke avstanden mellom lysdioder og plassere første nivå midt i den.

Det er mange flere måter å oppnå dette på, som å bruke kanalisering av akryllys, men de er mer komplekse, og det er vanligvis lettere å bruke enten enkel diffusjon med nok avstand eller dobbel diffusjon.