Fachbegriffe
Beleuchtungsstärke – Lux [lx]
Die Beleuchtungsstärke beschreibt die Menge des Lichtstroms, der auf eine gegebene Fläche trifft. Sie ist also das Maß für die Helligkeit an einem bestimmten Ort. Die Beleuchtungsstärke verhält sich dabei umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Lichtquelle. Fällt ein Lichtstrom von 1 Lumen gleichmässig auf 1 Quadratmeter Fläche, so ergibt sich eine Beleuchtungsstärke von 1 Lux: 1 lm / 1 m² = 1 lx Die DIN EN 12464 legt Niveaus für Beleuchtungsstärken nach den jeweiligen Erfordernissen fest. Eine normale Arbeitsplatzbeleuchtung im Büro sollte 500 lx aufweisen.
Binning
Die technischen Daten einer massengefertigten LED unterliegen einer gewissen Streuung. Mit dem sogenannten Binning werden aus einer Produktion mehrere Klassen (nach ANSI C78.377) selektiert und mit jeweils unterschiedlichen Preisen angeboten [siehe auch Energy Star Standard]. Das Binning umfasst i. d. R. die – Farblage – Lichtausbeute [lm] beim Nennstrom [mA] – die Durchlassspannung. Je näher die Farblage des Binnings am Plank‘schen Kurvenzug liegt und je enger es auf einen Quadranten eingegrenzt ist, desto hochwertiger und teurer ist die LED.
Blendung (UGR)
Das Unified Glare Rating (UGR) ist ein vereinheitlichtes System zur Bewertung der psychologischen Blendung. Es berücksichtigt dazu die Leuchtdichte jeder im Raum angebrachten Leuchte und des Hintergrundes bezogen auf die Standardbeobachtersituation. Je größer der UGR-Wert desto größer die Wahrscheinlichkeit der Direktblendung. Die Werte können je nach Blickrichtung des Beobachters unterschiedlich sein. Die UGR-Werte liegen in der Regel zwischen 10 (keine Blendung) und 30 (nicht akzeptable psychologische Blendung). Die DIN EN 12464 führt UGR-Grenzwerte in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen auf. Übliche Grenzwerte für Arbeitsplätze liegen zwischen 19-22 UGR.
Dimmung von LEDs
LEDs lassen sich auf zwei verschiedene Arten dimmen, über Pulsweitenmodulation (PWM) und analog über den Strom. Bei der Pulsweitenmodulation werden die LEDs mit einer hohen Schaltfrequenz an- und ausgeschaltet. Bei der analogen Dimmung wird die Strommenge bis zum minimalen Einschaltstrom der LED reduziert (i.d.R. 25 % der Nennleistung).
Farbtemperatur [K]
Die Farbtemperatur beschreibt den Farbeindruck einer weißen Lichtquelle. Gemeinhin spricht man von der warmen oder auch kalten Farbtemperatur. Die Farbtemperatur entspricht bei Temperaturstrahlern annähernd der tatsächlichen Temperatur der Lampenwendel in Grad Kelvin [°K] (0 °C = 273 °K). Bei Entladungslampen (Leuchtstofflampen, etc.) und Lumineszenzleuchtmitteln (LED) wird die ähnlichste Farbtemperatur angegeben
Farbwiedergabewert – CRI [Ra]
Unter Farbwiedergabe versteht man die Qualität der Wiedergabe von Farben unter einer Lichtquelle. Gemessen wird der Grad der Farbverfälschung gegenüber der theoretisch idealen Lichtquelle. Die Farbwiedergabe hängt von der Farbtemperatur ab. Jede Farbtemperatur kann den Idealwert Ra = 100 haben, auch CRI für Colour Rendering Index. Das bedeutet, dass die Farben in der für diese Temperatur typischen Weise wiedergegeben werden. Zum Beispiel kann eine Glühlampe trotz Ra = 99 blaue Farbtöne nur gedämpft wiedergeben. Wird eine feine Farbnuancierung bei Blautönen verlangt, muss eine Lichtfarbe mit höherer Farbtemperatur gewählt werden. Die DIN EN 12464 legt Farbwiedergabewerte nach den jeweiligen Erfordernissen fest. Für eine gute Farbwiedergabe am Arbeitsplatz sollte der Wert Ra >= 80 aufweisen.
LED – Light Emitting Diode od. Leuchtdiode
Eine Leuchtdiode bzw. lichtemittierende Diode, auch Lumineszenz-Diode ist ein Halbleiterbauelement, das Licht erzeugt, sobald Strom in Durchlassrichtung fließt. In Sperrrichtung blockiert die LED den Strom – ihre elektrischen Eigenschaften entsprechen im Wesentlichen einer normalen Diode. Die Farbe bzw. Wellenlänge des Lichts hängt vom verwendeten Halbleitermaterial und seiner Dotierung ab. Das ausgestrahlte Licht kann für das menschliche Auge sichtbar sein oder im Infrarot- bzw. Ultraviolettbereich liegen.
LED Effizienz
Die Lichtausbeute einer LED ist bauartbedingt. Moderne LEDs erreichen Werte von > 160 [lm/W]. Grundsätzlich gelten folgende Zusammenhänge: Je höher der Farbwiedergabewert [Ra] einer LED, desto geringer die Lichtausbeute [lm/W]. Je kälter die Farbtemperatur [K] einer LED, desto höher die Lichtausbeute [lm/W]. Die meisten LEDs haben eine leicht bauchige Kurve der relativen Lichtintensität über den Strom. Das Optimum der Effizienz liegt dann oftmals bei 60 bis 70% des Nennstromes.
LED Lebensdauer
Der Totalausfall [Mortality Curve B] einer LED ist relativ selten. Die Lebensdauer einer LED wird maßgeblich durch die Lichtabnahme über die Betriebszeit beschrieben [Depreciation Curve]. Lichtabnahme [Lumen Maintenance] hängt vom Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme und Strom) ab. Der Strom hat einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer der LED. Die Begrenzung des Stroms durch spezielle Konstantstromtreiber ist daher wichtig. Die Temperatur in der Sperrschicht (Junction) beeinflusst die Lebensdauer einer LED. Daher ist das Temperaturmanagement für die LED von entscheidender Bedeutung.
Leuchtdichte – [cd/m²]
Die Leuchtdichte beschreibt den Helligkeitseindruck einer leuchtenden, beleuchteten oder hinterleuchteten Fläche als photometrische Größe. Bei beleuchteten Flächen hängt die Leuchtdichte von der Materialbeschaffenheit (Reflexion und Farbe) ab. Umso größer die lichtabgebende Fläche (meist Leuchtenabdeckung oder Diffusor) einer Leuchte ist, umso höher darf der Lichtstrom (Lichtmenge) sein, den die Leuchte abgibt, ohne dabei zu blenden. Ein photooptisches Farbsehen ist zwischen ca. 30.000 cd/m² und 3 cd/m² möglich. Werte darüber hinaus führen zur Blendung; darunter spricht man von skooptischem (farblosen) Sehen.
Lichtstärke – Candela [cd]
Die Lichtstärke beschreibt den Lichtstromanteil, der von einer Lampe oder einer Leuchte in einer bestimmten Richtung (Raumwinkel) abgestrahlt wird. Die Lichtstärke ist unabhängig vom Abstand zur Lichtquelle und hängt lediglich vom betrachteten Raumwinkel ab. Die räumliche Verteilung der Lichtstärke von Lampen und Leuchten wird in Form einer Lichtstärke-Verteilungskurve (LVK) angegeben. Eine gleichverteilte (isotrope) Lichtquelle der Lichtstärke von 1 cd strahlt pro Raumwinkel (Steradiant [sr]) 1 lm ab.
Lichtstrom – Lumen [lm]
Der Lichtstrom ist die sichtbare Strahlungsleistung (Lichtmenge), die von einer Lampe oder einer Leuchte pro Zeiteinheit abgegeben wird. Andere photometrische Größen wie Lichtstärke, Beleuchtungsstärke, Lichtausbeute etc. lassen sich vom Lichtstrom ableiten. Eine Haushaltskerze sendet einen Lichtstrom von rd. 12 lm aus.
Lowpower-, Midpower-, Highpower-LED
Moderne LEDs werden mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf eine Leiterplatine gelötet; diese Art der Bauelemente wird als SMD bezeichnet (Surface Mounted Device). Lowpower LEDs haben eine Leistungsaufnahme von < 0,1 Watt, Midpower LEDs von > 0,1 und < 1 Watt und Highpower LEDs haben eine Leistungsaufnahme von > 1 Watt.
Nennwerte / Bemessungswerte
Der Nennwert gibt nach DIN 40200 die Größe des Regelfalles und der Bemessungswert den Wert der maximalen Abweichung vom Nennwert an.
Normen für die Auslegung der Beleuchtung
Die EN 12464-1 gibt Beleuchtungsstärken (Lux), Blendwerte (UGR) und Farbwiedergabe (Ra) für die unterschiedlichsten Beleuchtungsaufgaben von Arbeitsstätten im Innenbereich wider. Die EN 12464-2 gibt diese Werte analog für den Bereich der Außenbeleuchtung wider. Die EN 12193 beschreibt die Vorgaben für die Beleuchtung von Sportstätten und berücksichtigt unterschiedliche Anforderungen an die Beleuchtung in Form von drei Beleuchtungsklassen. Die Beleuchtungsklassen sind in der Planung in Abhängigkeit von dem Niveau der durchzuführenden Wettkampfveranstaltungen anzuwenden. Sie unterscheiden sich in den Mindestanforderungen der Beleuchtungsstärke und der Gleichmäßigkeit. Die EN 13201 regelt die Mindestanforderungen für die Beleuchtung von Straßen hinsichtlich Leuchtdichte bzw. Beleuchtungsstärke und deren Gleichmäßigkeit, der Blendungsbegrenzung und der Farbwiedergabe.