Lexikon

Farbtemperatur [K]

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 (oder auch CRI für Colour Rendering Index) haben. 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. Ein üblicher Farbwiedergabewert für Arbeitsplätze liegt bei Ra 80. Die Standardfarbtafel für die Bestimmung des Farbwiedergabewertes (CRI) umfasst nur die Pastellfarben R1 bis R8. Die DIN 6169-2 erweitert das Konzept auf 14 Farben (um R9 bis R14). LEDs bilden den Rotwert R9 normalerweise verhältnismäßig schlecht ab. Studien haben gezeigt, dass ein R9 Wert von Menschen in der Gesamtwirkung als besonders brilliant wahrgenommen wird. Alternative Konzepte zur Bestimmung von Farbwiedergabewerten sind CQS (15 Farben) und GAI (Gamut Area Index).

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.

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.

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.

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.

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.

 EN 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. Sie 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.

LED (Festkörperstahler)

Eine lichtemittierende Diode ist ein Halbleiterkristall, der leuchtet, wenn an ihn eine elektrische Spannung angelegt wird (Elektroluminiszenz). Halbleiter sind Nichtleiter, die mit einem technischen Verfahren zu einem elektrischen Leiter umgewandelt werden. Das Verfahren nennt man Dotierung. Bei der Dotierung werden bei sehr hohen Temperaturen über den Nichtleiter gasförmige Atome geleitet. Diese setzen sich dann in dessen Oberfläche fest und bilden mit dem sonst nichtleitenden Material eine leitfähige Schicht. Die Strahlung wird durch Rekombination der Ladungsträger in der Sperrschicht erzeugt. Die Lichtfarbe kann dabei durch spezielle Leuchtstoffe beeinflusst werden, um beispielsweise eine warme Lichtfarbe zu erzeugen.

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.

Multichip LED / COB Chip on Board

LEDs wurden zunächst auf der Basis eines Chips entwickelt. Mit steigender Leistung der Chips wurde es sinnvoller, diese, aufgrund der Temperatur, auf eine größere Fläche zu verteilen und sogenannte Multichips zu entwickeln. Multichips erreichen heute bis zu 100 Watt Leistung (z. B. Citizen). Verteilt man mehrere Chips kleinerer Leistung auf eine Platine, spricht man auch von Chip on Board (COB). Die Begriffe Mulichip und COB werden heute häufig synonym verwendet.

AC LED

AC LEDs lassen sich über einen Vorwiderstand direkt an Wechselspannung betreiben. Damit ist keine gesonderte Elektronik (Treiber) erforderlich. Dabei werden Einzel-LEDs nicht einfach in Reihe geschaltet, sondern in zwei antiparallel geschalteten Ketten, die je für eine Halbwelle des Wechselstroms »zuständig« sind, auf einer Platine integriert (Seoul ACriche) . So spart man sich auch elegant den Brückengleichrichter, vorausgesetzt, die LEDs vertragen die Sperrspannung. Die LEDs ziehen nur einen geringen Strom (etwa 20 mA), so das thermische Probleme oder die Bildung von Hot Spots leichter zu vermeiden sind. Wechselspannungs-LEDs weisen jedoch ein Flimmern auf.

Tunable white

Unter Tunable White versteht man die kontinuierliche Veränderung der Farbtemperatur eines LED Moduls auf den Plank‘schen Kurvenzug (z. B. von 2.700 – 6.500 K). Für tunable white benötigt man speziell geeignete LED Treiber mit zwei gesteuerten Eingängen.

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‘sche Kurvenzug liegt und je enger es auf einen Quadranten eingegrenzt ist, desto hochwertiger und teurer ist die LED.

MacAdam 3-Step

Eine MacAdam-Ellipse beschreibt die, durch im Farbraum definierten, Farborte aller Vergleichsfarben um einen Bezugsfarbton im Diagramm herum, die willkürlich ausgewählte Probanden mehrheitlich noch als gleich wahrnehmen. Sie basiert auf einer, vom Forscher David Lewis MacAdam Anfang der 1940er Jahre erstmals erkannten, farbartabhängigen Empfindlichkeit der Wahrnehmung des Farbreizes. Die Farbterminologie unterscheidet verschieden große MacAdam-Ellipsen, die nach ihrer Stufe (Step) klassifiziert sind. Je höher die Stufe der Ellipse, desto größer können die Farbabweichungen sein. Einige LED Hersteller (z. B. Citizen) können das Binning auf MacAdam 3-Step eingrenzen. Energiesparlampen z. B. können nur 7-Step eingegrenzt werden, Leuchtstoffröhren auf 4-Step. Einheit: SDCM (Standard Deviation of Color Matching).

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).

LED Effizienz

Die Lichtausbeute einer LED ist zunächst bauartbedingt. Moderne LEDs erreichen Werte von > 100 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]. Jede LED hat einen spezifische Nennstrom [mA]. 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.

Lifetime 70, LM-80, TM-21, LM-79

Die von den Herstellern angegebene Leuchtdauer bezieht sich in der Regel auf die Anzahl der Betriebsstunden, bis die LED noch mit 70% der ursprünglichen Leuchtkraft arbeitet [Lifetime 70]. LM-80 (DOE) ist ein standardisiertes Verfahren zur Messung der Lichtstromabnahme von LEDs und LED Modulen. TM-21 (IES) ist ein Verfahren zur Hochrechnung der Lifetime von LEDs, wobei der Prognosezeitraum auf die 6-fache Zeit der LM-80 Messung begrenzt wird. LM-79 (DOE) ist ein neues standardisiertes Verfahren zur Messung der Lichtstromabnahme von LED Leuchten.