Difusión de LED a la derecha: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Los LED se utilizan ampliamente en estos días incluso en la vida cotidiana y puede obtener mucha información sobre cómo usarlos. Hay muchos tutoriales sobre cómo alimentar los LED e incluirlos en diferentes instalaciones de iluminación. Pero hay muy poca información sobre cómo controlar o dar forma a la luz que emiten los LED.

Los LED son una fuente de luz que emite luz desde un punto muy pequeño en todas las direcciones de manera uniforme. Dependiendo del tipo de LED y de cómo esté construido, la luz a menudo se dirige en un cono ancho. Los LED de alta potencia o LED SMD como el WS2812b o APA102 generalmente tienen un ángulo de haz de 120 ° -140 °, los LED de 5 mm pueden tener un ángulo de haz de hasta 180 °. Esto significa que en todo el ángulo de este haz se emite la misma cantidad de luz. Pero como tenemos un único punto de origen si iluminamos la luz de un LED sobre una superficie plana obtenemos un punto de luz que es más brillante en el medio y pierde brillo cuanto más te alejas del centro.

En las instalaciones de luz y en la fotografía (un campo que me interesa mucho) luchas por una distribución más homogénea de la luz. La clave de esto es la difusión de la luz. Entonces, en este Instructable, compartiré contigo cómo puedes difundir los LED de la manera correcta y a qué debes prestar atención.

Paso 1: Matemáticas I

Supongamos que estamos usando los LED normales que puede encontrar en una tira de LED. Por lo general, son 5050 LED, lo que significa que son cuadrados de 5 mm por 5 mm y si tiene 60 LED / m, generalmente tiene un LED cada 17 mm en la tira. Estos LED también suelen tener un ángulo de haz de 120 °, lo que da como resultado un patrón como se puede ver en el boceto.

Estas tiras se utilizan a menudo porque a poca distancia de la tira, los haces de cada LED se superponen tanto que se fusionan en una barra de luz. Si bien esto es cierto para la mayoría de las aplicaciones, todavía tiene puntos calientes y, al mirar directamente a la luz, ve cada LED individual. Para instalaciones de luz o si desea utilizar la tira de LED en fotografías de larga exposición, esto no es lo deseado.

Paso 2: Qué puedes comprar

Hay varios tipos de extrusiones de aluminio disponibles que están diseñadas para albergar tiras de LED y, a menudo, también vienen con diferentes tipos de difusores. En la primera foto puedes ver las más comunes.

El primero es apenas lo suficientemente profundo para albergar los LED y es el menos efectivo, así que dejemos ese y miremos los demás.

El segundo tiene un perfil más profundo y una pantalla difusora plana. La profundidad es de alrededor de 11 mm, lo que coloca el difusor alrededor de 10 mm sobre los LED. Recordemos estos valores y echemos un vistazo al siguiente.

El tercero tiene un perfil de aluminio similar al segundo pero utiliza un perfil redondo para el difusor. Esto coloca el punto más alto del difusor a unos 17 mm de los LED. El perfil redondo también asegura que la luz sea más uniforme cuanto más te alejes del centro de la barra (recuerda que tenemos un solo punto de origen y la luz tiene que viajar más lejos cuanto más te alejas del centro).

Paso 3: Matemáticas II

Echemos un vistazo a las dos extrusiones de aluminio del último paso. Tenemos una distancia de 10 mm y 17 mm de los LED y un ángulo de haz de 120 °. Esto da como resultado un patrón como el que ve en los bocetos.

Como puede ver con el de 10 mm, los conos del haz se superponen solo en la mitad de los conos. Los bordes de un cono llegan casi a la mitad del siguiente. Puede pensar que esto es suficiente para obtener una distribución uniforme, pero echemos un vistazo al otro.

Con una distancia de 17 mm obtienes tres conos que se superponen bastante fuerte lo que da como resultado una mejor distribución de la luz. El cono de un LED casi llega a la mitad del LED 2 lugares más abajo de la tira. De modo que su luz se difunde plenamente sobre la luz de su vecino.

Paso 4: Prueba de las extrusiones

Veamos si las matemáticas que vimos en la última parte se suman y obtenemos una buena distribución de la luz.

La primera foto muestra una tira de LED colocada hasta la mitad de la extrusión con una profundidad de 10 mm. Como puede ver, todavía tiene puntos calientes, pero el espacio entre los LED también está iluminado con bastante intensidad. Si usa esto en una exposición prolongada y lo mueve a través de la vista de una cámara como se muestra en la segunda foto, puede ver que hay una diferencia entre los LED desnudos y luego uno en la tira, pero los puntos donde los LED se crean brillantes líneas.

La tercera foto muestra una tira de LED colocada a mitad de camino en la extrusión con una profundidad de 17 mm. La luz se distribuye mucho mejor y apenas se puede ver dónde están los LED individuales. Nuevamente usando esto en una exposición prolongada como se muestra en la cuarta foto, vemos la diferencia entre los LED desnudos y este difusor. La luz es muy homogénea pero si miras de cerca todavía puedes ver una variación en el brillo de la luz, pero es mucho mejor que la anterior.

Paso 5: Matemáticas III

Volvamos a las matemáticas y analicemos lo que hemos visto. Con una distancia de 17mm de los LED ya obtenemos un buen resultado, pero aún se puede mejorar.

Recordemos que un LED es una fuente de luz con forma de un solo punto que distribuye su luz de manera uniforme en todas las direcciones. El difusor es una superficie plana, por lo que tenemos que fijarnos en el ángulo y la intensidad de la luz. Cuanto más nos alejamos de la fuente de luz, menos brillante será la luz. Si miras la primera foto, puedes ver que a una distancia de 30 mm, un ángulo de haz de 120 ° extiende la luz a más de 100 mm. Pero como la luz tiene que viajar mucho más lejos en el borde de este cono, la luz es mucho más tenue que en el medio.

Lo que buscamos es la misma altitud a la ración cubierta del área. Si iluminamos una superficie plana y la distancia de la luz a la superficie es más o menos igual, tenemos una distribución de la luz más uniforme. Esto se puede lograr haciendo que el difusor sea una esfera con la fuente de luz en su centro o podemos buscar otro ángulo con respecto a las matemáticas.

Si lo calcula, obtendrá un ángulo de aproximadamente 53, 13 ° en el que la altitud de un triángulo es igual a la longitud del segmento opuesto al ángulo. Para hacerlo un poco más fácil, tomemos un ángulo de 60 °. En el segundo croquis se puede ver el resultado si aplicamos el ángulo de 60 °. El punto de un cono de 60 ° tiene aproximadamente el mismo brillo si lo mira o lo captura con una cámara. Aplicando esto al difusor con 17 mm de profundidad podemos ver que este fue diseñado bastante bien.

Lo que todo esto nos dice es que si quieres crear tu propio difusor colócalo a la misma distancia de los LED que los LED están separados entre sí. De esa forma ya obtendrás resultados bastante buenos.

Paso 6: Mejora de los resultados: ¡doble difusión

Como no estaba contento con los resultados hasta ahora, estaba buscando una manera de obtener una mejor difusión de la luz.

Así que pensemos en la diferencia entre luz dirigida y luz difusa. La principal diferencia que es importante aquí es que con una luz dirigida tenemos líneas rectas de luz que se alejan de un solo punto. Entonces, cuanto más nos alejemos de este punto, menos luz obtendremos. Proyectándolo sobre una superficie plana siempre obtendremos una caída de brillo. La luz difusa significa que no tenemos una sola fuente de luz, sino una grande. Y también que la luz se propaga desde cada punto de esta gran fuente de luz en todas direcciones. Un difusor es un dispositivo que transforma una luz directa en una luz difusa, por lo que el difusor se convierte esencialmente en una nueva fuente de luz que esta vez no es un solo punto.

Ahora bien, si tomamos esta fuente de luz, que todavía tiene algunos puntos calientes, y la difundimos por segunda vez, obtendremos una distribución completamente homogénea. La primera capa de difusión tiene puntos calientes, eso es cierto, pero a poca distancia de estos, la luz de todos los puntos en este punto caliente se superponen tanto que ya no es visible. El único inconveniente es que para difundir una luz tenemos que utilizar un material un poco opaco para que reduzca la intensidad de la luz. Con una doble difusión reducimos aún más la intensidad, pero en las aplicaciones donde esto es importante esto no es tan importante.

Una forma muy sencilla y eficaz de crear una doble difusión es colocar un poco de guata entre la tira de LED y el difusor. En las fotos se puede ver el resultado de un poco de guata colocada en la extrusión de aluminio de 10 mm de profundidad y 17 mm de profundidad. Como puede ver, el de 10 mm mejora y el de 17 mm se vuelve casi perfecto para trabajar.

Paso 7: otra solución: aumente la distancia al difusor

Otra solución es también aumentar la distancia del LED al difusor. Si piensa en unos pocos pasos con una altitud de la distancia entre cada LED, obtendrá un área cubierta que es igual a la distancia entre los LED. Pero si aumenta la distancia, estos conos de luz se superponen aún más y los puntos calientes se superpondrán tanto que se fusionarán entre sí. En esta herramienta que diseñé para pintar con luz, la distancia entre los LED y el difusor es aproximadamente el doble de la distancia entre cada LED. Y como puedes ver la luz resultante está bien distribuida. La última foto es una exposición larga donde utilicé estas herramientas para dibujar algunas rayas con su luz.

Paso 8: Conclusión

Si desea construir una instalación de luz de aspecto agradable con LED, tenga cuidado de difundir la luz correctamente. En algunos casos, se desea un solo punto de luz, pero la mayoría de las veces desea un aspecto más agradable, y una fuente de luz difusa lo obtendrá. Si trabaja en cinematografía o fotografía, ya debería saber mucho sobre la luz directa frente a la luz difusa y aquí obtendrá una idea de cómo convertir una en otra.

Si quieres hacer una doble difusión más profesional puedes utilizar láminas de acrílico. Existen láminas acrílicas con una transmisión de luz del 79%, estas se suelen utilizar en la instalación de baños como protección de la privacidad. Estos tienen una buena opacidad para ser usados como difusores si la duplicas. Para una doble difusión no se necesita la distancia completa entre cada LED. Coloque la primera capa de difusión alrededor de 1/3 de la distancia entre el LED y la segunda capa a 2/3 de la distancia. De esta forma obtendrás una distribución de luz muy uniforme en la segunda capa. Pero también puede simplemente usar la distancia entre los LED y colocar el primer nivel en el medio.

Hay muchas más formas de lograr esto, como el uso de canalización de luz acrílica, pero son más complejas y, por lo general, es más fácil usar difusión simple con suficiente distancia o difusión doble.