Lichttechnik-Lexikon
LED – Light Emitting Diode
Eine LED (Light Emitting Diode, deutsch: Leuchtdiode) ist ein Halbleiterbauelement, das elektrische Energie in Licht umwandelt. Fließt Strom in Durchlassrichtung durch den Halbleiter, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Die spektralen Eigenschaften und damit die Lichtfarbe werden durch das verwendete Halbleitermaterial sowie den Aufbau der LED bestimmt. Für weißes Licht werden in der Allgemeinbeleuchtung typischerweise blaue LEDs mit geeigneten Konversionsmaterialien kombiniert.
Beleuchtungsstärke – Lux [lx]
Die Beleuchtungsstärke beschreibt, wie viel Lichtstrom auf eine bestimmte Fläche trifft. Ihre Einheit ist Lux [lx]. Trifft ein Lichtstrom von 1 Lumen gleichmäßig auf eine Fläche von 1 m², beträgt die Beleuchtungsstärke 1 Lux.
Die erforderliche Beleuchtungsstärke richtet sich nach der jeweiligen Sehaufgabe und Nutzung. Die DIN EN 12464-1 definiert Anforderungen für Arbeitsstätten in Innenräumen. Für viele typische Büroarbeitsplätze, beispielsweise zum Lesen, Schreiben oder zur Datenverarbeitung, werden 500 lx auf dem Bereich der Sehaufgabe angesetzt.
Dimmung von LEDs
Die Lichtleistung von LEDs kann durch eine Änderung des LED-Stroms oder durch Pulsweitenmodulation (PWM) geregelt werden. Welche Methode eingesetzt wird, hängt von LED-Modul, Treiber und Steuerungssystem ab.
Für die praktische Lichtsteuerung stehen unterschiedliche Schnittstellen und Verfahren zur Verfügung. Dazu gehören beispielsweise DALI, 1–10 V, PushDim oder – bei dafür geeigneten Treibern – Phasenan- und Phasenabschnittsdimmung. Leuchte, LED-Treiber und Steuerung müssen dabei aufeinander abgestimmt sein.
Leuchtdichte – Candela pro Quadratmeter [cd/m²]
Die Leuchtdichte beschreibt den Helligkeitseindruck einer leuchtenden oder beleuchteten Fläche in einer bestimmten Betrachtungsrichtung. Ihre Einheit ist Candela pro Quadratmeter [cd/m²].
Sie ist insbesondere für die Beurteilung von Blendung und visueller Wahrnehmung relevant. Bei beleuchteten Flächen wird die Leuchtdichte unter anderem von der Beleuchtungsstärke sowie den Reflexionseigenschaften und der Farbe der Oberfläche beeinflusst.
Low-Power-, Mid-Power- und High-Power-LEDs
LEDs für Beleuchtungsanwendungen stehen in unterschiedlichen Leistungsklassen und Bauformen zur Verfügung. Häufig werden die Begriffe Low-Power, Mid-Power und High-Power verwendet, wobei die Abgrenzung zwischen diesen Klassen nicht einheitlich normiert ist.
Viele moderne LEDs sind als SMD-Bauteile (Surface Mounted Device) ausgeführt und werden direkt auf eine Leiterplatte montiert. Welche LED-Bauform eingesetzt wird, hängt unter anderem von Lichtleistung, Baugröße, thermischen Anforderungen und gewünschter Lichtverteilung ab.
Binning und Farbkonsistenz – SDCM
LEDs unterliegen produktionsbedingt gewissen Abweichungen bei Farbort, Lichtstrom und elektrischen Eigenschaften. Beim sogenannten Binning werden LEDs anhand definierter Merkmale sortiert und zu Gruppen mit möglichst ähnlichen Eigenschaften zusammengefasst.
Für die sichtbare Farbkonsistenz von LED-Leuchten wird heute häufig der SDCM-Wert (Standard Deviation Colour Matching) verwendet. Je kleiner der SDCM-Wert, desto geringer sind die wahrnehmbaren Farbunterschiede zwischen einzelnen LEDs oder Leuchten. Werte von beispielsweise 3 SDCM kennzeichnen eine enge Farbtoleranz.
Farbtemperatur – Kelvin [K]
Die Farbtemperatur beschreibt den Farbeindruck von weißem Licht und wird in Kelvin [K] angegeben. Niedrigere Werte wirken wärmer, höhere Werte kühler.
Typische Lichtfarben sind beispielsweise 2.700 K oder 3.000 K für warmweißes Licht, 4.000 K für neutralweißes Licht und 5.000 K bis 6.500 K für tageslichtähnlich beziehungsweise kühlweiß wirkendes Licht.
Bei LEDs wird technisch die ähnlichste Farbtemperatur (Correlated Colour Temperature, CCT) angegeben.
Lichtausbeute – Lumen pro Watt [lm/W]
Die Lichtausbeute beschreibt das Verhältnis zwischen abgegebenem Lichtstrom und aufgenommener elektrischer Leistung. Sie wird in Lumen pro Watt [lm/W] angegeben.
Bei der Bewertung muss zwischen der Lichtausbeute einer einzelnen LED und der Lichtausbeute einer vollständigen Leuchte unterschieden werden. Bei einer Leuchte wirken sich unter anderem LED-Treiber, Optik, Abdeckung, Betriebstemperatur und Betriebsstrom auf den tatsächlich erreichten Wert aus.
Auch Lichtfarbe und Farbwiedergabe können die Lichtausbeute beeinflussen. Deshalb sollten lm/W-Werte immer zusammen mit den übrigen lichttechnischen Eigenschaften der Leuchte betrachtet werden.
Lichtstärke – Candela [cd]
Die Lichtstärke beschreibt, wie viel Lichtstrom eine Lichtquelle in eine bestimmte Richtung beziehungsweise innerhalb eines bestimmten Raumwinkels abstrahlt. Ihre Einheit ist Candela [cd].
Die räumliche Verteilung der Lichtstärke einer Leuchte wird mit einer Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) dargestellt. Sie ist eine wichtige Grundlage für die lichttechnische Planung und zeigt beispielsweise, ob eine Leuchte symmetrisch, asymmetrisch, eng oder breit abstrahlt.
Nennwerte und Bemessungswerte
Nennwerte dienen zur Bezeichnung oder Einordnung eines Produkts oder einer elektrischen beziehungsweise lichttechnischen Größe. Bemessungswerte werden vom Hersteller für definierte Betriebsbedingungen festgelegt und bilden die Grundlage für die technischen Angaben und die Auslegung eines Produkts.
Bei LED-Leuchten können beispielsweise Bemessungsleistungsaufnahme, Bemessungslichtstrom, Bemessungslebensdauer oder Bemessungsumgebungstemperatur angegeben werden. Für technische Vergleiche sollten möglichst die jeweils definierten Bemessungswerte herangezogen werden.
Blendung – UGR
Das Unified Glare Rating (UGR) ist ein Verfahren zur Bewertung der psychologischen Blendung durch eine Beleuchtungsanlage in Innenräumen. In die Berechnung fließen unter anderem die Leuchtdichte der Leuchten, deren Position zur Blickrichtung sowie die Helligkeit der Umgebung ein.
Je niedriger der berechnete UGR-Wert, desto geringer ist die zu erwartende Blendwirkung. Die DIN EN 12464-1 legt für unterschiedliche Sehaufgaben und Arbeitsbereiche Grenzwerte fest. Für viele Bildschirmarbeitsplätze wird beispielsweise ein UGR-Grenzwert von 19 verwendet.
Wichtig: Der UGR-Wert ist keine feste Eigenschaft einer einzelnen Leuchte. Er hängt von der gesamten Beleuchtungsanlage, der Raumgeometrie, den Oberflächen und der Position des Beobachters ab.
Farbwiedergabe – Ra / CRI
Die Farbwiedergabe beschreibt, wie natürlich Farben unter einer Lichtquelle im Vergleich zu einer definierten Referenzlichtquelle erscheinen. Als Kennwert wird häufig der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra beziehungsweise CRI (Colour Rendering Index) verwendet.
Der maximale Wert beträgt Ra 100. Für viele allgemeine Arbeitsbereiche wird mindestens Ra 80 eingesetzt. Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Farberkennung können höhere Werte wie Ra > 90 erfordern.
Der Ra-Wert allein beschreibt nicht sämtliche Eigenschaften der Farbwiedergabe. Für anspruchsvolle Anwendungen können zusätzliche Bewertungsgrößen und einzelne Testfarben relevant sein.
LED-Lebensdauer – L-Wert und B-Wert
LEDs fallen häufig nicht schlagartig aus, sondern verlieren während des Betriebs schrittweise an Lichtstrom. Deshalb wird die Lebensdauer professioneller LED-Leuchten unter anderem über den verbleibenden Lichtstrom beschrieben.
Eine Angabe wie L80/B10 bei 50.000 Stunden bedeutet: Nach 50.000 Betriebsstunden unterschreiten höchstens 10 % der betrachteten LED-Module einen Lichtstrom von 80 % ihres Anfangswertes.
Die tatsächliche Lebensdauer wird wesentlich durch Betriebsstrom und Temperatur beeinflusst. Ein geeignetes Wärmemanagement sowie die Abstimmung von LED-Modul und LED-Treiber sind deshalb wichtige Faktoren für die Lebensdauer einer Leuchte.
Lichtstrom – Lumen [lm]
Normen für die Lichtplanung
Für die Planung professioneller Beleuchtungsanlagen gelten je nach Anwendungsbereich unterschiedliche Normen und technische Regelwerke.
DIN EN 12464-1 behandelt die Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen. Sie definiert Anforderungen unter anderem an Beleuchtungsstärke, Gleichmäßigkeit, Blendungsbegrenzung und Farbwiedergabe für unterschiedliche Tätigkeiten und Bereiche.
DIN EN 12464-2 behandelt entsprechende Anforderungen für Arbeitsplätze im Freien.
DIN EN 12193 beschreibt Anforderungen an die Beleuchtung von Sportstätten. Je nach Sportart und Nutzung werden unterschiedliche Beleuchtungsklassen und lichttechnische Anforderungen berücksichtigt.
Die Normenreihe DIN 13201 / EN 13201 behandelt die Straßenbeleuchtung. Sie umfasst unter anderem die Auswahl von Beleuchtungsklassen sowie Anforderungen und Berechnungsverfahren für unterschiedliche Verkehrssituationen.
Welche Anforderungen für ein konkretes Projekt gelten, hängt von Nutzung, Sehaufgabe, Arbeitsbereich und weiteren projektspezifischen Rahmenbedingungen ab.