LED a diffusione a destra: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

I LED sono ampiamente utilizzati in questi giorni anche nella vita di tutti i giorni e puoi ottenere molte informazioni su come usarli. Ci sono molti tutorial sull'alimentazione dei LED e sulla loro inclusione in diverse installazioni luminose. Ma ci sono solo pochissime informazioni su come controllare o modellare la luce emessa dai LED.

I LED sono una sorgente luminosa che emette luce da un punto molto piccolo in ogni direzione in modo uniforme. A seconda del tipo di LED e di come è costruito la luce è spesso diretta in un ampio cono. I LED ad alta potenza o LED SMD come WS2812b o APA102 di solito hanno un angolo del fascio di 120°-140°, i LED da 5 mm possono avere un angolo del fascio fino a 180°. Ciò significa che su tutto l'angolo di questo raggio viene emessa la stessa quantità di luce. Ma poiché abbiamo un unico punto di origine, se facciamo brillare la luce di un LED su una superficie piana otteniamo un punto luminoso che è più luminoso al centro e perde luminosità man mano che ci si allontana dal centro.

Nelle installazioni luminose e nella fotografia (un campo che mi interessa molto) si lotta per una distribuzione più omogenea della luce. La chiave di questo è la diffusione della luce. Quindi in questo Instructable condividerò con te come puoi diffondere i LED nel modo giusto e a cosa devi prestare attenzione.

Passaggio 1: la matematica I

Supponiamo di utilizzare i normali LED che puoi trovare su una striscia LED. Questi di solito sono 5050 LED, il che significa che sono quadrati di 5 mm per 5 mm e se hai 60 LED/m di solito hai un LED ogni 17 mm sulla striscia. Questi LED di solito hanno anche un angolo del fascio di 120 °, che si traduce in uno schema come puoi vedere nello schizzo.

Queste strisce vengono spesso utilizzate perché solo a poca distanza dalla striscia i fasci di ciascun LED si sovrappongono a tal punto da fondersi in una barra di luce. Anche se questo è vero per la maggior parte delle applicazioni, hai ancora punti caldi e guardando direttamente la luce vedi ogni singolo LED. Per installazioni luminose o se si desidera utilizzare la striscia LED nella fotografia a lunga esposizione, questo non è desiderato.

Passaggio 2: cosa puoi acquistare

Sono disponibili diversi tipi di estrusi in alluminio destinati ad ospitare strisce LED e spesso anche con diversi tipi di diffusori. Nella prima foto potete vedere i più comuni.

Il primo è appena abbastanza profondo da ospitare i LED ed è il meno efficace, quindi mettiamolo via e guardiamo gli altri.

Il secondo ha un profilo più profondo e uno schermo diffusore piatto. La profondità è di circa 11 mm, il che posiziona il diffusore di circa 10 mm sopra i LED. Ricordiamo questi valori e diamo un'occhiata al prossimo.

Il terzo ha un profilo in alluminio simile al secondo ma utilizza un profilo tondo per il diffusore. Questo posiziona il punto più alto del diffusore a circa 17 mm di distanza dai LED. Il profilo rotondo assicura anche che la luce sia più uniforme quanto più ti allontani dal centro della barra (ricorda che abbiamo un unico punto di origine e la luce deve viaggiare più lontano quanto più ti allontani dal centro).

Passaggio 3: la matematica II

Diamo un'occhiata ai due estrusi in alluminio dell'ultimo passaggio. Abbiamo una distanza di 10 mm e 17 mm dai LED e un angolo del fascio di 120°. Ciò si traduce in un modello come si vede negli schizzi.

Come puoi vedere con quello da 10 mm i coni del raggio si sovrappongono solo per circa la metà dei coni. I bordi di un cono raggiungono quasi la metà di quello successivo. Potresti pensare che questo sia sufficiente per ottenere una distribuzione uniforme, ma diamo un'occhiata all'altro.

Con una distanza di 17mm si ottengono tre coni da sovrapporre abbastanza forte che si traduce in una migliore distribuzione della luce. Il cono di un LED arriva quasi al centro del LED 2 posti più in basso della striscia. Così la sua luce si diffonde completamente sulla luce del suo prossimo.

Passaggio 4: test delle estrusioni

Vediamo se la matematica che abbiamo guardato nell'ultima parte si aggiunge e otteniamo una buona distribuzione della luce.

La prima foto mostra una striscia LED inserita a metà dell'estrusione con una profondità di 10 mm. Come puoi vedere, hai ancora punti caldi, ma anche lo spazio tra i LED è abbastanza luminoso. Se lo usi in una lunga esposizione e lo muovi attraverso la vista di una fotocamera come mostrato nella seconda foto puoi vedere che c'è una differenza tra i LED nudi e poi uno nella striscia, ma i punti in cui sono i LED creano luminosità Linee.

La terza foto mostra una striscia LED inserita a metà dell'estrusione con una profondità di 17 mm. La luce si distribuisce molto meglio e si riesce a malapena a vedere dove si trovano i singoli LED. Usandolo ancora in una lunga esposizione, come mostrato nella quarta foto, vediamo la differenza tra i LED nudi e questo diffusore. La luce è molto omogenea ma se guardi da vicino puoi ancora vedere una variazione nella luminosità della luce, ma è molto meglio della precedente.

Passaggio 5: la matematica III

Torniamo alla matematica e analizziamo ciò che abbiamo visto. Con una distanza di 17mm dai LED otteniamo già un buon risultato, ma può ancora essere migliorato.

Ricordiamo che un LED è una fonte di luce a forma di punto singolo che diffonde la sua luce in modo uniforme in ogni direzione. Il diffusore è una superficie piana, quindi dobbiamo guardare l'angolo e l'intensità della luce. Più ci allontaniamo dalla fonte di luce, meno brillante sarà la luce. Se guardi la prima foto puoi vedere che a una distanza di 30 mm un angolo del fascio di 120° diffonde la luce per più di 100 mm. Ma poiché la luce deve viaggiare molto più lontano al confine di questo cono, la luce è molto più debole rispetto al centro.

Quello che stiamo cercando è la stessa quota di razione per area coperta. Se puntiamo la luce su una superficie piana e la distanza dalla luce alla superficie è più o meno uguale, abbiamo una distribuzione della luce più uniforme. Ciò può essere ottenuto rendendo il diffusore una sfera con la fonte di luce al centro o possiamo cercare un'altra angolazione rispetto alla matematica.

Se lo calcoli otterrai un angolo di circa 53,13° in cui l'altezza di un triangolo è uguale alla lunghezza del segmento opposto all'angolo. Per renderlo un po' più facile prendiamo un angolo di 60°. Nel secondo schizzo puoi vedere il risultato se applichiamo l'angolo di 60°. Lo spot di un cono a 60° ha all'incirca la stessa luminosità se lo guardi o lo catturi con una fotocamera. Applicando questo al diffusore con profondità di 17 mm possiamo vedere che questo è stato progettato abbastanza bene.

Ciò che tutto questo ci dice è che se vuoi creare il tuo diffusore, posizionalo alla stessa distanza dai LED quanto i LED sono lontani l'uno dall'altro. In questo modo otterrai già risultati abbastanza buoni.

Fase 6: Migliorare i risultati - Doppia diffusione

Dal momento che non ero soddisfatto dei risultati finora, stavo cercando un modo per ottenere una diffusione della luce ancora migliore.

Quindi pensiamo alla differenza tra luce diretta e luce diffusa. La differenza principale che è importante qui è che con una luce diretta abbiamo linee rette di luce che si allontanano da un singolo punto. Quindi più ci allontaniamo da questo punto, meno luce otterremo. Proiettandolo su una superficie piana otterremo sempre un calo di luminosità. Luce diffusa significa che non abbiamo un'unica fonte di luce, ma una grande. E anche che la luce si diffonde da ogni punto di questa grande fonte di luce in ogni direzione. Un diffusore è un dispositivo che trasforma una luce diretta in una luce diffusa, quindi il diffusore diventa essenzialmente una nuova fonte di luce che questa volta non è solo un singolo punto.

Ora se prendiamo questa sorgente luminosa, che ha ancora dei punti caldi e la diffondiamo una seconda volta, otterremo una distribuzione completamente omogenea. Il primo strato di diffusione ha punti caldi, è vero, ma solo a poca distanza da questi la luce di tutti i punti in questo punto caldo si sovrappone così tanto che non è più visibile. L'unico inconveniente è che per diffondere una luce dobbiamo usare un materiale un po' opaco in modo da ridurre l'intensità della luce. Con una doppia diffusione riduciamo ancora di più l'intensità, ma nelle applicazioni in cui questo è importante non è così importante.

Un modo molto semplice ed efficace per creare una doppia diffusione è quello di interporre dell'ovatta tra la striscia LED e il diffusore. Nelle foto potete vedere il risultato di un po' di ovatta inserita nell'estrusione di alluminio profonda 10 mm e profonda 17 mm. Come puoi vedere, quello da 10 mm migliora e quello da 17 mm diventa quasi perfetto con cui lavorare.

Passaggio 7: un'altra soluzione: aumentare la distanza dal diffusore

Un'altra soluzione è anche quella di aumentare la distanza dal LED al diffusore. Se ripensi a pochi passi con un'altitudine della distanza tra ciascun LED, otterrai un'area coperta pari alla distanza tra i LED. Ma se aumenti la distanza, questi coni di luce si sovrappongono ancora di più e i punti caldi si sovrappongono così tanto che si fondono l'uno nell'altro. In questo strumento che ho progettato per il lightpainting la distanza tra LED e diffusore è circa il doppio della distanza tra ciascun LED. E come puoi vedere la luce risultante è ben distribuita. L'ultima foto è una lunga esposizione in cui ho usato questi strumenti per disegnare alcune strisce con la sua luce.

Passaggio 8: conclusione

Se vuoi costruire un'installazione luminosa dall'aspetto gradevole con i LED, fai attenzione a diffondere la luce nel modo giusto. In alcuni casi si desidera un singolo punto di luce, ma il più delle volte si desidera un aspetto più gradevole e una fonte di luce diffusa lo otterrà. Se lavori nel settore della cinematografia o della fotografia dovresti già sapere molto sulla luce diretta e quella diffusa e qui avrai alcune informazioni su come trasformarle l'una nell'altra.

Se vuoi fare una doppia diffusione più professionale puoi usare fogli di acrilico. Ci sono lastre acriliche con una trasmissione della luce del 79%, queste sono solitamente utilizzate nell'installazione del bagno come protezione della privacy. Questi hanno una buona coprenza per essere usati come diffusore se lo si raddoppia. Per una doppia diffusione non è necessaria l'intera distanza tra ogni LED. Posizionare il primo strato di diffusione a circa 1/3 della distanza tra il LED e il secondo strato a 2/3 della distanza. In questo modo otterrai una distribuzione della luce molto uniforme sul secondo strato. Ma puoi anche semplicemente usare la distanza tra i LED e posizionare il primo livello nel mezzo.

Esistono molti altri modi per ottenere ciò, come l'utilizzo della canalizzazione della luce acrilica, ma sono più complessi e di solito è più facile utilizzare la diffusione singola con una distanza sufficiente o la doppia diffusione.