Διάχυση LED δεξιά: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Οι λυχνίες LED χρησιμοποιούνται ευρέως αυτές τις μέρες ακόμη και στην καθημερινή ζωή και μπορείτε να λάβετε πολλές πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο χρήσης τους. Υπάρχουν πολλά σεμινάρια σχετικά με την τροφοδοσία των LED και τη συμπερίληψή τους σε διαφορετικές εγκαταστάσεις φωτισμού. Αλλά υπάρχουν μόνο πολύ λίγες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο ελέγχου ή διαμόρφωσης του φωτός που εκπέμπεται από LED.

Οι λυχνίες LED είναι μια πηγή φωτός που εκπέμπει φως από ένα πολύ μικρό σημείο προς κάθε κατεύθυνση ομοιόμορφα. Ανάλογα με τον τύπο της λυχνίας LED και τον τρόπο κατασκευής της, το φως συχνά κατευθύνεται σε έναν ευρύ κώνο. LED υψηλής ισχύος ή LED SMD όπως το WS2812b ή το APA102 έχουν συνήθως γωνία δέσμης 120 ° -140 °, τα LED 5mm μπορούν να έχουν γωνία δέσμης έως 180 °. Αυτό σημαίνει ότι σε όλη τη γωνία αυτής της δέσμης εκπέμπεται η ίδια ποσότητα φωτός. Αλλά δεδομένου ότι έχουμε ένα μόνο σημείο προέλευσης εάν λάμπουμε το φως ενός LED σε μια επίπεδη επιφάνεια, έχουμε ένα φωτεινό σημείο που είναι το πιο φωτεινό στη μέση και χάνει τη φωτεινότητα όσο πιο μακριά απομακρύνεστε από το κέντρο.

Στις εγκαταστάσεις φωτισμού και στη φωτογραφία (ένα πεδίο που με ενδιαφέρει πολύ) αγωνίζεστε για μια πιο ομοιογενή κατανομή του φωτός. Το κλειδί σε αυτό είναι η διάχυση του φωτός. Έτσι σε αυτό το Instructable θα μοιραστώ μαζί σας πώς μπορείτε να διαχύσετε τα LED με τον σωστό τρόπο και τι πρέπει να προσέξετε.

Βήμα 1: Τα Μαθηματικά Ι

Ας υποθέσουμε ότι χρησιμοποιούμε τα κανονικά LED που μπορείτε να βρείτε σε μια λωρίδα LED. Αυτά συνήθως είναι 5050 LED, που σημαίνει ότι είναι 5mm επί 5mm τετράγωνο και αν έχετε 60LED/m έχετε συνήθως ένα LED το καθένα 17mm στη λωρίδα. Αυτά τα LED έχουν επίσης συνήθως γωνία δέσμης 120 °, η οποία έχει ως αποτέλεσμα ένα μοτίβο όπως μπορείτε να δείτε στο σκίτσο.

Αυτές οι λωρίδες χρησιμοποιούνται συχνά επειδή σε μικρή απόσταση από τη λωρίδα οι δέσμες κάθε LED αλληλεπικαλύπτονται τόσο πολύ που συγχωνεύονται σε μια ράβδο φωτός. Αν και αυτό ισχύει για τις περισσότερες εφαρμογές, εξακολουθείτε να έχετε καυτά σημεία και κοιτάζοντας απευθείας το φως βλέπετε κάθε μεμονωμένη λυχνία LED. Για φωτεινές εγκαταστάσεις ή εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε τη λωρίδα LED σε φωτογραφίες μεγάλης έκθεσης, αυτό δεν είναι επιθυμητό.

Βήμα 2: Τι μπορείτε να αγοράσετε

Υπάρχουν διάφοροι τύποι εξώθησης αλουμινίου που προορίζονται να φιλοξενήσουν λωρίδες LED και συχνά έρχονται επίσης με διαφορετικά είδη διαχύτη. Στην πρώτη φωτογραφία μπορείτε να δείτε τις πιο συνηθισμένες.

Το πρώτο είναι μόλις βαθύ για να φιλοξενήσει τα LED και είναι το λιγότερο αποτελεσματικό, οπότε ας το αφήσουμε μακριά και κοιτάμε τα άλλα.

Το δεύτερο έχει βαθύτερο προφίλ και επίπεδη οθόνη διάχυσης. Το βάθος είναι περίπου 11mm, το οποίο τοποθετεί τον διαχύτη περίπου 10mm πάνω από τα LED. Ας θυμηθούμε αυτές τις τιμές και ρίξτε μια ματιά στην επόμενη.

Το τρίτο έχει παρόμοιο προφίλ αλουμινίου με το δεύτερο, αλλά χρησιμοποιεί ένα στρογγυλό προφίλ για τον διαχύτη. Αυτό τοποθετεί το υψηλότερο σημείο του διαχύτη περίπου 17 mm μακριά από τα LED. Το στρογγυλό προφίλ διασφαλίζει επίσης ότι το φως είναι ακόμα πιο μακριά όσο απομακρύνεστε από τη μέση της μπάρας (θυμηθείτε ότι έχουμε ένα μόνο σημείο προέλευσης και το φως πρέπει να ταξιδεύει πιο μακριά όσο περισσότερο απομακρύνεστε από τη μέση).

Βήμα 3: Τα μαθηματικά II

Ας ρίξουμε μια ματιά στις δύο εξώθηση αλουμινίου του τελευταίου βήματος. Έχουμε απόσταση 10mm και 17mm από τα LED και γωνία δέσμης 120 °. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα μοτίβο όπως βλέπετε στα σκίτσα.

Όπως μπορείτε να δείτε με το 10mm, οι κώνοι δέσμης επικαλύπτονται μόνο για τους μισούς κώνους. Τα όρια ενός κώνου φτάνουν σχεδόν στη μέση του επόμενου. Μπορεί να πιστεύετε ότι αυτό είναι αρκετό για να έχετε μια ομοιόμορφη κατανομή, αλλά ας ρίξουμε μια ματιά στο άλλο.

Με απόσταση 17mm έχετε τρεις κώνους να επικαλύπτονται αρκετά ισχυρά, με αποτέλεσμα την καλύτερη κατανομή του φωτός. Ο κώνος ενός LED σχεδόν φτάνει στο μέσο του LED 2 θέσεις πιο κάτω στη λωρίδα. Έτσι το φως του απλώνεται πλήρως πάνω στο φως του γείτονά του.

Βήμα 4: Δοκιμή των εξωθήσεων

Ας δούμε αν τα μαθηματικά που εξετάσαμε στο τελευταίο μέρος προστίθενται και έχουμε καλή κατανομή φωτός.

Η πρώτη φωτογραφία δείχνει μια λωρίδα LED τοποθετημένη στα μισά της εξώθησης με βάθος 10mm. Όπως μπορείτε να δείτε, εξακολουθείτε να έχετε καυτά σημεία, αλλά ο χώρος μεταξύ των LED είναι επίσης πολύ φωτεινός. Εάν το χρησιμοποιήσετε σε μεγάλη έκθεση και το μετακινήσετε στην προβολή μιας κάμερας όπως φαίνεται στη δεύτερη φωτογραφία, μπορείτε να δείτε ότι υπάρχει διαφορά μεταξύ γυμνών LED και στη συνέχεια ενός στη λωρίδα, αλλά τα σημεία όπου είναι τα LED δημιουργούν φωτεινά γραμμές.

Η τρίτη φωτογραφία δείχνει μια λωρίδα LED τοποθετημένη στα μισά της εξώθησης με βάθος 17mm. Το φως διανέμεται πολύ καλύτερα και μετά βίας μπορείτε να δείτε πού βρίσκονται τα μεμονωμένα LED. Χρησιμοποιώντας ξανά αυτό σε μεγάλη έκθεση όπως φαίνεται στην τέταρτη φωτογραφία, βλέπουμε τη διαφορά μεταξύ γυμνών LED και αυτού του διαχύτη. Το φως είναι πολύ ομοιογενές, αλλά αν κοιτάξετε προσεκτικά μπορείτε να δείτε μια διαφορά στη φωτεινότητα του φωτός, αλλά είναι πολύ καλύτερη από την προηγούμενη.

Βήμα 5: Τα μαθηματικά III

Ας επιστρέψουμε στα μαθηματικά και αναλύσουμε αυτό που είδαμε. Με απόσταση 17mm από τα LED έχουμε ήδη ένα καλό αποτέλεσμα, αλλά μπορεί ακόμα να βελτιωθεί.

Ας θυμηθούμε ότι ένα LED είναι μια πηγή φωτός σε σχήμα ενός σημείου που απλώνει το φως του ομοιόμορφα σε κάθε κατεύθυνση. Ο διαχύτης είναι μια επίπεδη επιφάνεια, οπότε πρέπει να εξετάσουμε τη γωνία και την ένταση του φωτός. Όσο πιο μακριά απομακρυνόμαστε από την πηγή φωτός τόσο λιγότερο φωτεινό θα είναι το φως. Αν κοιτάξετε την πρώτη φωτογραφία μπορείτε να δείτε ότι σε απόσταση 30mm μια γωνία δέσμης 120 ° διαδίδει το φως πάνω από 100 mm. Αλλά δεδομένου ότι το φως πρέπει να ταξιδέψει πολύ περισσότερο στα όρια αυτού του κώνου, το φως είναι πολύ πιο αμυδρό τότε στη μέση.

Αυτό που ψάχνουμε είναι το ίδιο υψόμετρο σε περιοχή που καλύπτεται από το σιτηρέσιο. Εάν λάμπουμε το φως σε μια επίπεδη επιφάνεια και η απόσταση από το φως στην επιφάνεια είναι λίγο πολύ ίση έχουμε μια πιο ομοιόμορφη κατανομή φωτός. Αυτό μπορεί είτε να επιτευχθεί κάνοντας τον διαχύτη σφαίρα με την πηγή φωτός στο κέντρο του είτε μπορούμε να αναζητήσουμε άλλη γωνία προς τα μαθηματικά με.

Αν το υπολογίσετε θα πάρετε μια γωνία περίπου 53, 13 ° στην οποία το ύψος ενός τριγώνου ισούται με το μήκος του τμήματος απέναντι από τη γωνία. Για να το κάνουμε λίγο πιο εύκολο, ας πάρουμε μια γωνία 60 °. Στο δεύτερο σκίτσο μπορείτε να δείτε το αποτέλεσμα αν εφαρμόσουμε τη γωνία 60 °. Το σημείο ενός κώνου 60 ° έχει περίπου την ίδια φωτεινότητα αν το κοιτάξετε ή το τραβήξετε με μια κάμερα. Εφαρμόζοντας αυτό στον διαχύτη με βάθος 17mm μπορούμε να δούμε ότι σχεδιάστηκε αρκετά καλά.

Αυτό που μας λένε όλα είναι ότι αν θέλετε να δημιουργήσετε τον δικό σας διαχύτη τοποθετήστε το στην ίδια απόσταση μακριά από τα LED καθώς τα LED είναι μακριά το ένα από το άλλο. Με αυτόν τον τρόπο θα έχετε ήδη αρκετά καλά αποτελέσματα.

Βήμα 6: Βελτίωση των αποτελεσμάτων - Διπλή διάχυση

Δεδομένου ότι δεν ήμουν ευχαριστημένος με τα αποτελέσματα μέχρι τώρα, έψαχνα έναν τρόπο για να πάρω μια ακόμη καλύτερη διάδοση του φωτός.

Ας σκεφτούμε λοιπόν τη διαφορά μεταξύ κατευθυνόμενου φωτός και διάχυτου φωτός. Η κύρια διαφορά που έχει σημασία εδώ είναι ότι με ένα κατευθυνόμενο φως έχουμε ευθείες γραμμές φωτός που απομακρύνονται από ένα μόνο σημείο. Έτσι όσο πιο μακριά απομακρυνόμαστε από αυτό το σημείο τόσο λιγότερο φως θα έχουμε. Προβάλλοντας το σε μια επίπεδη επιφάνεια θα έχουμε πάντα μια πτώση φωτεινότητας. Το διάχυτο φως σημαίνει ότι δεν έχουμε μια μόνο πηγή φωτός, αλλά μια μεγάλη. Και επίσης ότι το φως εξαπλώνεται από κάθε σημείο αυτής της μεγάλης πηγής φωτός προς κάθε κατεύθυνση. Ο διαχύτης είναι μια συσκευή που μετατρέπει ένα άμεσο φως σε διάχυτο φως, οπότε ο διαχύτης γίνεται ουσιαστικά μια νέα πηγή φωτός που αυτή τη φορά δεν είναι μόνο ένα σημείο.

Τώρα, αν πάρουμε αυτήν την πηγή φωτός, η οποία έχει ακόμη κάποια καυτά σημεία και τη διαχύσουμε για δεύτερη φορά, θα έχουμε μια εντελώς ομοιογενή κατανομή. Το πρώτο στρώμα διάχυσης έχει καυτά σημεία, αυτό είναι αλήθεια, αλλά μόνο σε μικρή απόσταση από αυτά το φως από όλα τα σημεία σε αυτό το θερμό σημείο επικαλύπτεται τόσο πολύ που δεν είναι πλέον ορατό. Το μόνο αρνητικό είναι ότι για να διαδώσουμε ένα φως πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα υλικό που είναι λίγο αδιαφανές, έτσι μειώνει την ένταση του φωτός. Με διπλή διάχυση μειώνουμε ακόμη περισσότερο την ένταση, αλλά στις εφαρμογές όπου αυτό είναι σημαντικό αυτό δεν είναι και τόσο σημαντικό.

Ένας πολύ απλός και αποτελεσματικός τρόπος για να δημιουργήσετε μια διπλή διάχυση είναι να τοποθετήσετε λίγη βάτα μεταξύ της λωρίδας LED και του διαχύτη. Στις φωτογραφίες μπορείτε να δείτε το αποτέλεσμα κάποιας βάτας που έχει τοποθετηθεί στην εξώθηση αλουμινίου βάθους 10mm και της βάθους 17mm. Όπως μπορείτε να δείτε, το 10mm βελτιώνεται και το 17mm γίνεται σχεδόν τέλειο για να εργαστείτε.

Βήμα 7: Μια άλλη λύση: Αυξήστε την απόσταση έως τον διαχύτη

Μια άλλη λύση είναι επίσης η αύξηση της απόστασης από το LED στον διαχύτη. Αν σκεφτείτε μερικά βήματα με το ύψος της απόστασης μεταξύ κάθε LED, θα έχετε μια περιοχή που καλύπτεται και είναι ίση με την απόσταση μεταξύ των LED. Αλλά αν αυξήσετε την απόσταση, αυτοί οι κώνοι φωτός αλληλεπικαλύπτονται ακόμη περισσότερο και θα έχουν ως αποτέλεσμα τα καυτά σημεία να επικαλύπτονται τόσο πολύ, ώστε να συγχωνεύονται μεταξύ τους. Σε αυτό το εργαλείο που σχεδίασα για τον φωτισμό, η απόσταση μεταξύ των LED και του διαχύτη είναι περίπου διπλάσια από την απόσταση μεταξύ κάθε LED. Και όπως μπορείτε να δείτε το φως που προκύπτει είναι καλά κατανεμημένο. Η τελευταία φωτογραφία είναι μια μακρά έκθεση όπου χρησιμοποίησα αυτά τα εργαλεία για να σχεδιάσω μερικές ραβδώσεις με το φως της.

Βήμα 8: Συμπέρασμα

Αν θέλετε να φτιάξετε μια όμορφη φωτεινή εγκατάσταση με LED, φροντίστε να διαχύσετε το φως δεξιά. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι επιθυμητό ένα μόνο σημείο φωτός, αλλά τις περισσότερες φορές θέλετε μια πιο ευχάριστη εμφάνιση και μια διάχυτη πηγή φωτός θα σας το καταφέρει. Εάν εργάζεστε στον κινηματογράφο ή τη φωτογραφία θα πρέπει να γνωρίζετε ήδη πολλά για το άμεσο και το διάχυτο φως και εδώ θα έχετε μια εικόνα για το πώς να μετατρέψετε το ένα σε άλλο.

Αν θέλετε να κάνετε μια πιο επαγγελματική διπλή διάχυση μπορείτε να χρησιμοποιήσετε φύλλα ακρυλικού. Υπάρχουν ακρυλικά φύλλα με μετάδοση φωτός 79%, αυτά χρησιμοποιούνται συνήθως στην εγκατάσταση μπάνιου ως προστασία της ιδιωτικής ζωής. Αυτά έχουν καλή αδιαφάνεια για χρήση ως διαχύτη εάν το διπλασιάσετε. Για διπλή διάχυση δεν απαιτείται η πλήρης απόσταση μεταξύ κάθε LED. Τοποθετήστε το πρώτο στρώμα διάχυσης περίπου στο 1/3 της απόστασης μεταξύ του LED και του δεύτερου στρώματος στα 2/3 της απόστασης. Με αυτόν τον τρόπο θα έχετε μια πολύ ομοιόμορφη κατανομή φωτός στο δεύτερο στρώμα. Αλλά μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε απλώς την απόσταση μεταξύ των LED και να τοποθετήσετε το πρώτο επίπεδο στη μέση του.

Υπάρχουν πολλοί περισσότεροι τρόποι για να επιτευχθεί αυτό, όπως η χρήση ακρυλικού καναλιού φωτός, αλλά αυτοί είναι πιο περίπλοκοι και είναι συνήθως ευκολότερο να χρησιμοποιηθεί είτε μονή διάχυση με αρκετή απόσταση είτε διπλή διάχυση.