LED de diffusion à droite : 8 étapes (avec images)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Les LED sont largement utilisées de nos jours, même dans la vie de tous les jours et vous pouvez obtenir de nombreuses informations sur la façon de les utiliser. Il existe de nombreux tutoriels sur l'alimentation des LED et leur intégration dans différentes installations d'éclairage. Mais il n'y a que très peu d'informations sur la façon de contrôler ou de façonner la lumière émise par les LED.

Les LED sont une source lumineuse qui émet de la lumière à partir d'un très petit point dans toutes les directions de manière uniforme. Selon le type de LED et la manière dont elle est construite, la lumière est souvent dirigée dans un large cône. Les LED haute puissance ou LED SMD comme le WS2812b ou l'APA102 ont généralement un angle de faisceau de 120°-140°, les LED de 5 mm peuvent avoir un angle de faisceau allant jusqu'à 180°. Cela signifie que sur tout l'angle de ce faisceau, la même quantité de lumière est émise. Mais comme nous avons un seul point d'origine, si nous éclairons la lumière d'une LED sur une surface plane, nous obtenons un point lumineux qui est le plus brillant au milieu et perd de la luminosité à mesure que vous vous éloignez du centre.

Dans les installations lumineuses et en photographie (un domaine qui m'intéresse beaucoup), vous vous battez pour une répartition plus homogène de la lumière. La clé est la diffusion de la lumière. Donc, dans ce Instructable, je vais partager avec vous comment vous pouvez diffuser les LED dans le bon sens et à quoi vous devez faire attention.

Étape 1: Les maths I

Supposons que nous utilisons les LED normales que vous pouvez trouver sur une bande LED. Il s'agit généralement de 5050 LED, ce qui signifie qu'elles mesurent 5 mm sur 5 mm de côté et si vous avez 60 LED/m, vous avez généralement une LED de 17 mm sur la bande. Ces LED ont également généralement un angle de faisceau de 120 °, ce qui donne un motif comme vous pouvez le voir sur le croquis.

Ces bandes sont souvent utilisées car à une courte distance de la bande, les faisceaux de chaque LED se chevauchent tellement qu'ils se fondent en une barre de lumière. Bien que cela soit vrai pour la plupart des applications, vous avez toujours des points chauds et en regardant directement la lumière, vous voyez chaque LED individuelle. Pour les installations lumineuses ou si vous souhaitez utiliser la bande LED dans la photographie à longue exposition, ce n'est pas souhaité.

Étape 2: ce que vous pouvez acheter

Il existe plusieurs types d'extrusions d'aluminium qui sont destinées à abriter des bandes LED et sont souvent également livrées avec différents types de diffuseurs. Sur la première photo, vous pouvez voir les plus courantes.

Le premier est à peine assez profond pour abriter les LED et est le moins efficace, alors rangeons-le et regardons les autres.

Le second a un profil plus profond et un écran diffuseur plat. La profondeur est d'environ 11 mm, ce qui place le diffuseur à environ 10 mm au-dessus des LED. Rappelons-nous ces valeurs et regardons la suivante.

Le troisième a un profil en aluminium similaire au second mais utilise un profil rond pour le diffuseur. Cela place le point le plus haut du diffuseur à environ 17 mm des LED. Le profil rond garantit également que la lumière est d'autant plus uniforme que vous vous éloignez du milieu de la barre (rappelez-vous que nous avons un seul point d'origine et que la lumière doit voyager plus loin que vous vous éloignez du milieu).

Étape 3: Les mathématiques II

Jetons un coup d'œil aux deux extrusions d'aluminium de la dernière étape. Nous avons une distance de 10 mm et 17 mm des LED et un angle de faisceau de 120°. Il en résulte un motif comme vous le voyez dans les croquis.

Comme vous pouvez le voir avec celui de 10 mm, les cônes de faisceau ne se chevauchent que pour environ la moitié des cônes. Les bords d'un cône atteignent presque le milieu du suivant. Vous pourriez penser que cela suffit pour obtenir une distribution uniforme, mais jetons un coup d'œil à l'autre.

Avec une distance de 17 mm, vous obtenez trois cônes qui se chevauchent assez fortement, ce qui se traduit par une meilleure répartition de la lumière. Le cône d'une LED atteint presque le milieu des 2 LED plus loin sur la bande. Ainsi sa lumière se répand pleinement sur la lumière de son voisin.

Étape 4: Test des extrusions

Voyons si les calculs que nous avons examinés dans la dernière partie s'additionnent et nous obtenons une bonne répartition de la lumière.

La première photo montre une bande LED insérée à mi-chemin dans l'extrusion avec une profondeur de 10 mm. Comme vous pouvez le voir, vous obtenez toujours des points chauds, mais l'espace entre les LED est également très lumineux. Si vous l'utilisez dans une longue exposition et que vous le déplacez à travers la vue d'un appareil photo comme indiqué sur la deuxième photo, vous pouvez voir qu'il y a une différence entre les LED nues et une dans la bande, mais les points où les LED sont lumineuses créent lignes.

La troisième photo montre une bande LED mise à mi-chemin dans l'extrusion avec une profondeur de 17 mm. La lumière est bien mieux répartie et vous pouvez à peine voir où se trouvent les LED individuelles. En utilisant à nouveau cela dans une longue exposition, comme le montre la quatrième photo, nous voyons la différence entre les LED nues et ce diffuseur. La lumière est très homogène mais si vous regardez de près, vous pouvez toujours voir une variation dans la luminosité de la lumière, mais elle est bien meilleure que la précédente.

Étape 5: Les mathématiques III

Revenons aux maths et analysons ce que nous avons vu. Avec une distance de 17mm des LED on obtient déjà un bon résultat, mais il peut encore être amélioré.

Rappelons-nous qu'une LED est une source de lumière en forme de point unique qui diffuse sa lumière uniformément dans toutes les directions. Le diffuseur est une surface plane, nous devons donc regarder l'angle et l'intensité de la lumière. Plus on s'éloigne de la source lumineuse, moins la lumière sera vive. Si vous regardez la première photo, vous pouvez voir qu'à une distance de 30 mm un angle de faisceau de 120° diffuse la lumière sur plus de 100 mm. Mais comme la lumière doit voyager beaucoup plus loin au bord de ce cône, la lumière est beaucoup plus faible qu'au milieu.

Ce que nous recherchons, c'est la même ration altitude/surface couverte. Si nous éclairons la lumière sur une surface plane et que la distance de la lumière à la surface est plus ou moins égale, nous avons une répartition plus uniforme de la lumière. Cela peut être réalisé soit en faisant du diffuseur une sphère avec la source lumineuse en son centre, soit en cherchant un autre angle pour les maths.

Si vous le calculez, vous obtiendrez un angle d'environ 53, 13° auquel l'altitude d'un triangle est égale à la longueur du segment opposé à l'angle. Pour faciliter un peu les choses, prenons un angle de 60°. Dans le deuxième croquis, vous pouvez voir le résultat si nous appliquons l'angle de 60°. Le point d'un cône à 60° a à peu près la même luminosité si vous le regardez ou le capturez avec un appareil photo. En appliquant cela au diffuseur avec une profondeur de 17 mm, nous pouvons voir que cela a été assez bien conçu.

Ce que tout cela nous dit, c'est que si vous voulez créer votre propre diffuseur, placez-le à la même distance des LED que les LED sont éloignées les unes des autres. De cette façon, vous obtiendrez déjà de très bons résultats.

Étape 6: Améliorer les résultats - Double diffusion

Comme je n'étais pas satisfait des résultats jusqu'à présent, je cherchais un moyen d'obtenir une meilleure diffusion de la lumière.

Réfléchissons donc à la différence entre la lumière dirigée et la lumière diffuse. La principale différence qui est importante ici est qu'avec une lumière dirigée, nous avons des lignes de lumière droites qui s'éloignent d'un seul endroit. Donc, plus nous nous éloignons de cet endroit, moins nous aurons de lumière. En le projetant sur une surface plane, nous obtiendrons toujours une baisse de luminosité. La lumière diffuse signifie que nous n'avons pas une seule source de lumière, mais une grande. Et aussi que la lumière se diffuse de chaque point de cette grande source lumineuse dans toutes les directions. Un diffuseur est un appareil qui transforme une lumière directe en une lumière diffuse, de sorte que le diffuseur devient essentiellement une nouvelle source lumineuse qui cette fois n'est pas qu'un simple spot.

Maintenant si nous prenons cette source lumineuse, qui a encore quelques points chauds et la diffusons une deuxième fois, nous obtiendrons une distribution complètement homogène. La première couche de diffusion a des points chauds, c'est vrai, mais à seulement une petite distance de ceux-ci, la lumière de tous les points de ce point chaud se chevauche tellement qu'elle n'est plus visible. Le seul bémol est que pour diffuser une lumière il faut utiliser un matériau un peu opaque donc cela réduit l'intensité de la lumière. Avec une double diffusion, nous réduisons encore plus l'intensité, mais dans les applications où cela est important, ce n'est pas si important.

Un moyen très simple et efficace de créer une double diffusion est de placer de la ouate entre la bande LED et le diffuseur. Sur les photos, vous pouvez voir le résultat d'un peu de ouate mis dans l'extrusion d'aluminium de 10 mm de profondeur et de 17 mm de profondeur. Comme vous pouvez le voir, celui de 10 mm s'améliore et celui de 17 mm devient presque parfait pour travailler.

Étape 7: Autre solution: augmenter la distance au diffuseur

Une autre solution consiste également à augmenter la distance de la LED au diffuseur. Si vous repensez à quelques pas avec une altitude de la distance entre chaque LED, vous obtiendrez une surface couverte égale à la distance entre les LED. Mais si vous augmentez la distance, ces cônes de lumière se chevauchent encore plus et les points chauds se chevaucheront tellement qu'ils fusionneront les uns avec les autres. Dans cet outil que j'ai conçu pour le lightpainting, la distance entre les LED et le diffuseur est à peu près le double de la distance entre chaque LED. Et comme vous pouvez le voir, la lumière qui en résulte est bien répartie. La dernière photo est une pose longue où j'ai utilisé ces outils pour dessiner quelques stries avec sa lumière.

Étape 8: Conclusion

Si vous voulez construire une belle installation lumineuse avec des LED, veillez à bien diffuser la lumière. Dans certains cas, un seul point de lumière est souhaité, mais la plupart du temps, vous voulez un look plus agréable, et une source de lumière diffuse vous y parviendra. Si vous travaillez dans la cinématographie ou la photographie, vous devriez déjà en savoir beaucoup sur la lumière directe par rapport à la lumière diffuse et vous aurez ici un aperçu de la façon de transformer l'une en une autre.

Si vous souhaitez faire une double diffusion plus professionnelle, vous pouvez utiliser des feuilles d'acrylique. Il existe des plaques acryliques avec une transmission lumineuse de 79%, elles sont généralement utilisées dans l'installation de la salle de bain comme protection de la vie privée. Ceux-ci ont une bonne opacité pour être utilisés comme diffuseur si vous le doublez. Pour une double diffusion, la distance totale entre chaque LED n'est pas nécessaire. Placez la première couche de diffusion à environ 1/3 de la distance entre la LED et la deuxième couche à 2/3 de la distance. De cette façon, vous obtiendrez une répartition très uniforme de la lumière sur la deuxième couche. Mais vous pouvez aussi simplement utiliser la distance entre les LED et placer le premier niveau au milieu de celles-ci.

Il existe de nombreuses autres façons d'y parvenir, comme l'utilisation de la canalisation de lumière acrylique, mais celles-ci sont plus complexes et il est généralement plus facile d'utiliser une diffusion simple avec une distance suffisante ou une double diffusion.