Spridande lysdioder höger: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Lysdioder används i dag även i vardagen och du kan få mycket information om hur du använder dem. Det finns många självstudier om att driva lysdioder och inkludera dem i olika ljusinstallationer. Men det finns bara väldigt lite information om hur man styr eller formar ljuset som avges av lysdioder.

Lysdioder är en ljuskälla som avger ljus från en mycket liten punkt i alla riktningar jämnt. Beroende på typ av LED och hur det är uppbyggt är ljuset ofta riktat i en bred kon. LED-lampor med hög effekt eller SMD-lysdioder som WS2812b eller APA102 har vanligtvis en strålvinkel på 120 ° -140 °, 5 mm lysdioder kan ha en strålvinkel på upp till 180 °. Det betyder att samma mängd ljus avges över hela strålens vinkel. Men eftersom vi har en enda utgångspunkt om vi lyser ljuset från en LED på en plan yta får vi en ljuspunkt som är ljusast i mitten och tappar ljusstyrkan ju längre bort du kommer från mitten.

I ljusinstallationer och fotografering (ett område jag har stort intresse av) strider man om en mer homogen fördelning av ljus. Nyckeln till detta är diffusion av ljuset. Så i den här instruktionsboken delar jag med dig hur du kan sprida lysdioder på rätt sätt och vad du måste vara uppmärksam på.

Steg 1: The Math I

Låt oss anta att vi använder de vanliga lysdioderna som du kan hitta på en LED -remsa. Dessa är vanligtvis 5050 lysdioder, vilket betyder att de är 5 mm x 5 mm fyrkantiga och om du har 60 LED/m har du vanligtvis en LED var 17 mm på remsan. Dessa lysdioder har också vanligtvis en strålvinkel på 120 °, vilket resulterar i ett mönster som du kan se på skissen.

Dessa remsor används ofta eftersom strålarna på varje LED överlappar varandra så mycket att de bara smälter samman till en ljusstråle bara ett kort avstånd från remsan. Även om detta är sant för de flesta applikationer har du fortfarande hot spots och ser direkt på ljuset ser du varje enskild LED. För ljusinstallationer eller om du vill använda LED -remsan vid fotografering med lång exponering är detta inte önskvärt.

Steg 2: Vad du kan köpa

Det finns flera typer av aluminiumprofiler som är avsedda att hysa LED -remsor och ofta också levereras med olika sorters diffusorer. På det första fotot kan du se de vanligaste.

Den första är knappt tillräckligt djup för att rymma lysdioderna och är den minst effektiva, så låt oss lägga den bort och titta på de andra.

Den andra har en djupare profil och en platt diffusorskärm. Djupet är cirka 11 mm vilket placerar diffusorn cirka 10 mm över lysdioderna. Låt oss komma ihåg dessa värden och ta en titt på nästa.

Den tredje har en liknande aluminiumprofil som den andra men använder en rund profil för diffusorn. Detta placerar diffusorns högsta punkt cirka 17 mm från lysdioderna. Den runda profilen ser också till att ljuset blir jämnare ju längre du kommer bort från mitten av stapeln (kom ihåg att vi har en enda utgångspunkt och ljuset måste resa längre ju mer du kommer bort från mitten).

Steg 3: The Math II

Låt oss ta en titt på de två aluminiumprofilerna i det sista steget. Vi har 10 mm och 17 mm avstånd från lysdioderna och en strålvinkel på 120 °. Detta resulterar i ett mönster som du ser på skisserna.

Som du kan se med 10 mm överlappar strålkottarna bara för ungefär hälften av kottarna. Gränserna för en kon når nästan mitten av nästa. Du kanske tror att detta är tillräckligt för att få en jämn fördelning, men låt oss ta en titt på den andra.

Med ett avstånd på 17 mm får du tre kottar som överlappar ganska starka vilket resulterar i en bättre ljusfördelning. Konen på en lysdiod når nästan mitten av lysdioden 2 platser längre ner på remsan. Så dess ljus sprids helt över sitt grannljus.

Steg 4: Testa extruderingar

Låt oss se om matematiken vi tittade på i den sista delen stämmer och vi får en bra ljusfördelning.

Det första fotot visar en LED -remsa placerad halvvägs in i extruderingen med ett djup av 10 mm. Som du kan se får du fortfarande hot spots, men utrymmet mellan lysdioderna lyser också ganska ljust. Om du använder detta vid en lång exponering och flyttar det genom kamerans vy som visas på det andra fotot kan du se att det är skillnad mellan bara lysdioder och sedan en i remsan, men de fläckar där lysdioderna skapar ljusa rader.

Det tredje fotot visar en LED -remsa placerad halvvägs i extruderingen med ett djup av 17 mm. Ljuset distribueras mycket bättre och du kan knappt se var de enskilda lysdioderna finns längre. Återigen använder vi detta i en lång exponering som visas i det fjärde fotot vi ser skillnaden mellan bara lysdioder och denna diffusor. Ljuset är mycket homogent men om du tittar noga kan du fortfarande se en variation i ljusets ljusstyrka, men det är mycket bättre än det föregående.

Steg 5: The Math III

Låt oss återgå till matte och analysera vad vi har sett. Med ett avstånd på 17 mm från lysdioderna får vi redan ett bra resultat, men det kan fortfarande förbättras.

Låt oss komma ihåg att en LED är en enda punktformad ljuskälla som sprider sitt ljus jämnt i alla riktningar. Diffusorn är en plan yta, så vi måste titta på ljusets vinkel och intensitet. Ju längre bort vi kommer från ljuskällan desto mindre ljus blir ljuset. Om du tittar på det första fotot kan du se att på ett avstånd av 30 mm sprider en strålvinkel på 120 ° ljuset över mer än 100 mm. Men eftersom ljuset måste resa mycket längre vid gränsen för denna kon är ljuset mycket svagare då i mitten.

Det vi letar efter är samma höjd till områdestäckt ranson. Om vi lyser ljuset på en plan yta och avståndet från ljuset till ytan är mer eller mindre lika har vi en jämnare fördelning av ljus. Detta kan antingen uppnås genom att göra diffusorn till en sfär med ljuskällan i mitten eller så kan vi leta efter en annan vinkel mot matematiken med.

Om du beräknar det får du en vinkel på cirka 53, 13 ° vid vilken höjden på en triangel är lika med längden på segmentet som är motsatt av vinkeln. För att göra det lite enklare kan vi ta en vinkel på 60 °. I den andra skissen kan du se resultatet om vi använder 60 ° -vinkeln. Platsen på en 60 ° kon har ungefär samma ljusstyrka om du tittar på den eller fångar den med en kamera. Genom att applicera detta på diffusorn med 17 mm djup kan vi se att detta var designat ganska bra.

Vad allt detta berättar för oss är att om du vill skapa din egen diffusor placera den på samma avstånd från lysdioderna som lysdioderna är borta från varandra. På så sätt kommer du att få ganska bra resultat redan.

Steg 6: Förbättra resultaten - dubbel spridning

Eftersom jag inte var nöjd med resultaten hittills letade jag efter ett sätt att få en ännu bättre spridning av ljus.

Så låt oss tänka på skillnaden mellan riktat ljus och diffust ljus. Den största skillnaden som är av betydelse här är att med ett riktat ljus har vi raka ljuslinjer som går bort från en enda plats. Så ju längre bort vi kommer från den här platsen desto mindre ljus kommer vi att få. Genom att projicera det på en plan yta får vi alltid en ljusstyrka. Diffust ljus innebär att vi inte har en enda ljuskälla, utan en stor. Och också att ljuset sprider sig från varje punkt i denna stora ljuskälla i alla riktningar. En diffusor är en enhet som omvandlar ett direkt ljus till ett diffust ljus, så diffusorn blir i huvudsak en ny ljuskälla som den här gången inte bara är en enda plats.

Om vi nu tar den här ljuskällan, som fortfarande har några hot spots och sprider den en andra gång, får vi en helt homogen fördelning. Det första diffusionslagret har hot spots, det är sant, men bara en liten bit bort från dessa överlappar ljuset från alla punkter i denna hot spot så mycket att det inte syns längre. Den enda nackdelen är att för att sprida ett ljus måste vi använda ett material som är lite ogenomskinligt så att det minskar ljusets intensitet. Med en dubbel diffusion reducerar vi intensiteten ännu mer, men i applikationer där detta är viktigt är det inte så viktigt.

Ett mycket enkelt och effektivt sätt att skapa en dubbel diffusion är att placera lite vaddering mellan LED -remsan och diffusorn. På bilderna kan du se resultatet av lite vaddering i 10 mm djup och 17 mm djup aluminiumprofil. Som du kan se förbättras 10 mm och 17 mm blir nästan perfekt att arbeta med.

Steg 7: En annan lösning: Öka avståndet till diffusorn

En annan lösning är också att öka avståndet från lysdioden till diffusorn. Om du tänker tillbaka några steg med en höjd av avståndet mellan varje lysdiod får du ett område täckt som är lika med avståndet mellan lysdioderna. Men om du ökar avståndet överlappar dessa ljuskottar ännu mer och kommer att leda till att hot spots överlappar så mycket att de smälter in i varandra. I det här verktyget har jag konstruerat för ljusmålning, avståndet mellan lysdioder och diffusor är ungefär dubbelt avståndet mellan varje lysdiod. Och som ni ser är det resulterande ljuset väl fördelat. Det sista fotot är en lång exponering där jag använde dessa verktyg för att rita några ränder med sitt ljus.

Steg 8: Slutsats

Om du vill bygga en snygg ljusinstallation med lysdioder, var noga med att sprida ljuset rätt. I vissa fall önskas en enda ljuspunkt, men oftast vill du ha ett mer tilltalande utseende, och en diffus ljuskälla ger dig detta. Om du arbetar med film eller fotografi borde du redan veta mycket om direkt kontra diffust ljus och här får du lite inblick i hur du gör en till en annan.

Om du vill göra en mer professionell dubbel diffusion kan du använda ark av akryl. Det finns akrylark med en ljusöverföring på 79%, dessa används vanligtvis i badrumsinstallation som ett integritetsskydd. Dessa har en god opacitet för att användas som diffusor om du fördubblar den. För en dubbel diffusion behövs inte hela avståndet mellan varje LED. Placera det första diffusionsskiktet omkring 1/3 av avståndet mellan lysdioden och det andra lagret på 2/3 av avståndet. På så sätt får du en mycket jämn ljusfördelning på det andra lagret. Men du kan också helt enkelt använda avståndet mellan lysdioder och placera första nivån i mitten av det.

Det finns många fler sätt att uppnå detta som att använda kanalisering av akrylljus, men de är mer komplexa och det är vanligtvis lättare att använda antingen enkel diffusion med tillräckligt avstånd eller dubbel diffusion.