Difundindo LEDs à direita: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Os LEDs são amplamente usados atualmente, mesmo na vida cotidiana, e você pode obter muitas informações sobre como usá-los. Existem muitos tutoriais sobre como alimentar LEDs e incluí-los em diferentes instalações de luz. Mas há poucas informações sobre como controlar ou moldar a luz emitida pelos LEDs.

Os LEDs são uma fonte de luz que emite luz de um ponto muito pequeno em todas as direções uniformemente. Dependendo do tipo de LED e de como ele é construído, a luz geralmente é direcionada em um cone largo. LEDs de alta potência ou LEDs SMD como WS2812b ou APA102 geralmente têm um ângulo de feixe de 120 ° -140 °, LEDs de 5 mm podem ter um ângulo de feixe de até 180 °. Isso significa que em todo o ângulo desse feixe a mesma quantidade de luz é emitida. Mas, como temos um único ponto de origem, se acendermos a luz de um LED em uma superfície plana, obteremos um ponto de luz que é mais brilhante no meio e perde o brilho quanto mais longe você se afasta do centro.

Nas instalações de luz e na fotografia (área que me interessa muito), você luta por uma distribuição mais homogênea da luz. A chave para isso é a difusão da luz. Portanto, neste Instructable, irei compartilhar com você como você pode difundir LEDs da maneira certa e no que você deve prestar atenção.

Etapa 1: a matemática I

Vamos supor que estamos usando os LEDs normais que você encontra em uma faixa de LED. Geralmente são 5050 LEDs, o que significa que eles têm 5 mm por 5 mm quadrados e, se você tiver 60 LEDs / m, geralmente terá um LED a cada 17 mm na faixa. Esses LEDs também costumam ter um ângulo de feixe de 120 °, o que resulta em um padrão como você pode ver no esboço.

Essas tiras são frequentemente usadas porque apenas a uma curta distância da tira os feixes de cada LED se sobrepõem tanto que se fundem em uma barra de luz. Embora isso seja verdade para a maioria das aplicações, você ainda tem pontos quentes e, olhando diretamente para a luz, você vê cada LED individual. Para instalações de luz ou se você quiser usar a faixa de LED em fotografia de longa exposição, isso não é desejado.

Etapa 2: o que você pode comprar

Existem vários tipos de extrusões de alumínio disponíveis que são projetadas para abrigar tiras de LED e muitas vezes também vêm com diferentes tipos de difusores. Na primeira foto você pode ver as mais comuns.

O primeiro mal tem profundidade suficiente para abrigar os LEDs e é o menos eficaz, então vamos deixar esse de lado e olhar os outros.

O segundo possui um perfil mais profundo e uma tela difusora plana. A profundidade é de cerca de 11 mm, o que coloca o difusor em torno de 10 mm sobre os LEDs. Vamos lembrar esses valores e dar uma olhada no próximo.

O terceiro tem um perfil de alumínio semelhante ao segundo, mas usa um perfil redondo para o difusor. Isso coloca o ponto mais alto do difusor a cerca de 17 mm dos LEDs. O perfil redondo também garante que a luz seja mais uniforme quanto mais você se afasta do meio da barra (lembre-se de que temos um único ponto de origem e a luz tem que viajar mais quanto mais você se afasta do meio).

Etapa 3: O Math II

Vamos dar uma olhada nas duas extrusões de alumínio da última etapa. Temos distâncias de 10mm e 17mm dos LEDs e um ângulo de feixe de 120 °. Isso resulta em um padrão como você vê nos esboços.

Como você pode ver com o de 10 mm, os cones de feixe se sobrepõem em apenas cerca de metade dos cones. As bordas de um cone alcançam quase o meio do próximo. Você pode pensar que isso é o suficiente para obter uma distribuição uniforme, mas vamos dar uma olhada na outra.

Com uma distância de 17mm você consegue sobrepor três cones bastante fortes o que resulta em uma melhor distribuição de luz. O cone de um LED quase atinge o meio do LED 2, posicionando-se mais abaixo na faixa. Portanto, sua luz é espalhada totalmente sobre a luz de seu vizinho.

Etapa 4: Teste das Extrusões

Vamos ver se a matemática que vimos na última parte se soma e obtemos uma boa distribuição de luz.

A primeira foto mostra uma tira de LED colocada no meio da extrusão com uma profundidade de 10 mm. Como você pode ver, ainda há pontos quentes, mas o espaço entre os LEDs também está aceso. Se você usar isso em uma exposição longa e movê-lo através da visão de uma câmera como mostrado na segunda foto, você pode ver que há uma diferença entre os LEDs nus e um na faixa, mas os pontos onde os LEDs estão criam um brilho linhas.

A terceira foto mostra uma tira de LED colocada no meio da extrusão com uma profundidade de 17 mm. A luz é muito melhor distribuída e você mal consegue ver onde estão os LEDs individuais. Novamente usando isso em uma longa exposição, como mostrado na quarta foto, vemos a diferença entre LEDs nus e este difusor. A luz é muito homogênea, mas se você olhar de perto você ainda pode ver uma variação no brilho da luz, mas é muito melhor que a anterior.

Etapa 5: O Math III

Vamos voltar à matemática e analisar o que vimos. Com uma distância de 17mm dos LEDs já conseguimos um bom resultado, mas ainda pode ser melhorado.

Vamos lembrar que um LED é uma fonte de luz em forma de ponto único que espalha sua luz uniformemente em todas as direções. O difusor é uma superfície plana, por isso temos que observar o ângulo e a intensidade da luz. Quanto mais nos afastamos da fonte de luz, menos brilhante será a luz. Se você olhar para a primeira foto, poderá ver que a uma distância de 30 mm, um ângulo de feixe de 120 ° espalha a luz por mais de 100 mm. Mas como a luz tem que viajar muito mais longe na borda deste cone, a luz é muito mais fraca do que no meio.

O que procuramos é a mesma altitude para a ração coberta. Se iluminarmos uma superfície plana e a distância da luz à superfície for mais ou menos igual, teremos uma distribuição mais uniforme da luz. Isso pode ser obtido tornando o difusor uma esfera com a fonte de luz em seu centro ou podemos procurar outro ângulo para a matemática com.

Se você calcular, obterá um ângulo de cerca de 53,13 °, no qual a altitude de um triângulo é igual ao comprimento do segmento oposto ao ângulo. Para tornar um pouco mais fácil, vamos fazer um ângulo de 60 °. No segundo esboço você pode ver o resultado se aplicarmos o ângulo de 60 °. O ponto de um cone de 60 ° tem aproximadamente o mesmo brilho se você olhar para ele ou capturar com uma câmera. Aplicando isso ao difusor com 17 mm de profundidade, podemos ver que este foi muito bem projetado.

O que tudo isso nos diz é que se você deseja criar seu próprio difusor, coloque-o na mesma distância dos LEDs, pois os LEDs estão distantes um do outro. Dessa forma, você já obterá resultados bastante bons.

Etapa 6: Melhorando os resultados - Difusão dupla

Como não fiquei feliz com os resultados até agora, estava procurando uma maneira de obter uma difusão de luz ainda melhor.

Então, vamos pensar na diferença entre luz direcionada e luz difusa. A principal diferença importante aqui é que, com uma luz direcionada, temos linhas retas de luz indo para longe de um único ponto. Portanto, quanto mais nos afastamos desse ponto, menos luz teremos. Projetando-o em uma superfície plana, sempre teremos uma queda de brilho. A luz difusa significa que não temos uma única fonte de luz, mas uma grande. E também que a luz se espalha de cada ponto dessa grande fonte de luz em todas as direções. Um difusor é um dispositivo que transforma uma luz direta em uma luz difusa, então o difusor se torna essencialmente uma nova fonte de luz que desta vez não é apenas um único ponto.

Agora, se pegarmos essa fonte de luz, que ainda tem alguns pontos quentes, e difundi-la uma segunda vez, teremos uma distribuição completamente homogênea. A primeira camada de difusão tem pontos quentes, é verdade, mas apenas a uma pequena distância deles a luz de todos os pontos neste ponto quente se sobrepõe tanto que não é mais visível. A única desvantagem é que para difundir uma luz temos que usar um material um pouco opaco para reduzir a intensidade da luz. Com uma difusão dupla, reduzimos a intensidade ainda mais, mas nas aplicações onde isso é importante, isso não é tão importante.

Uma forma muito simples e eficaz de criar uma difusão dupla é colocar algum enchimento entre a faixa de LED e o difusor. Nas fotos você pode ver o resultado de algum enchimento colocado na extrusão de alumínio de 10 mm de profundidade e 17 mm de profundidade. Como você pode ver, o de 10 mm melhora e o de 17 mm fica quase perfeito para trabalhar.

Etapa 7: Outra solução: Aumente a distância até o difusor

Outra solução também é aumentar a distância do LED ao difusor. Se você pensar alguns passos para trás com uma altitude da distância entre cada LED, você obterá uma área coberta que é igual à distância entre os LEDs. Mas se você aumentar a distância, esses cones de luz se sobrepõem ainda mais e resultarão em pontos quentes sobrepostos tanto que se fundem uns com os outros. Nesta ferramenta que projetei para pintar com luz, a distância entre os LEDs e o difusor é quase o dobro da distância entre cada LED. E como você pode ver, a luz resultante está bem distribuída. A última foto é uma longa exposição onde usei essas ferramentas para desenhar alguns riscos com sua luz.

Etapa 8: Conclusão

Se você deseja construir uma instalação de luz de boa aparência com LEDs, tome cuidado para difundir a luz da maneira certa. Em alguns casos, um único ponto de luz é desejado, mas na maioria das vezes você quer uma aparência mais agradável, e uma fonte de luz difusa o ajudará. Se você trabalha com cinema ou fotografia, você já deve saber muito sobre luz direta versus luz difusa e aqui você terá algumas dicas sobre como transformar uma na outra.

Se você quiser fazer uma dupla difusão mais profissional, pode usar folhas de acrílico. Existem chapas de acrílico com transmissão de luz de 79%, normalmente utilizadas na instalação de banheiros como proteção da privacidade. Eles têm uma boa opacidade para serem usados como um difusor se você duplicá-la. Para uma difusão dupla, a distância total entre cada LED não é necessária. Coloque a primeira camada de difusão em cerca de 1/3 da distância entre o LED e a segunda camada a 2/3 da distância. Desta forma, você obterá uma distribuição de luz muito uniforme na segunda camada. Mas você também pode simplesmente usar a distância entre os LEDs e colocar o primeiro nível no meio dele.

Existem muitas outras maneiras de conseguir isso, como usar canalização de luz acrílica, mas essas são mais complexas e geralmente é mais fácil usar a difusão única com distância suficiente ou a difusão dupla.