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2-2016

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Lichttechnik Warum Weiß

Lichttechnik Warum Weiß nicht immer gleich Weiß ist: Farbortverschiebung bei LEDs Autor: Dipl.-Ing. Innenarchitekt Klaus Bieckmann, DIAL GmbH Jeder Planer kennt diese Situation, oder besser gesagt, er sollte sie kennen: Zwei LED-Leuchten des gleichen Herstellers, mit der gleichen Artikelnummer und der gleichen Farbtemperatur hinterlassen im direkten Vergleich einen unterschiedlichen Farbeindruck. Wie kann das sein? Und wie kann ein Planer eine solche Überraschung vermeiden? Die Farbdrift von LEDs ist eine spezielle Herausforderung bei der Verwendung von LED-Leuchten. Besonders wenn man eine weiße Wandfläche beleuchtet, können Farbortverschiebungen schnell sichtbar werden. Dies ist sowohl für den Planer als auch für den Kunden sehr ärgerlich. Der erste Reflex: Hier wurden fälschlicherweise Produkte mit unterschiedlichen Artikelnummern geliefert. Doch in der Regel ist dies nicht die Ursache. Zwei Begriffe helfen uns im ersten Schritt der Aufklärung weiter: Farbtemperatur und ähnlichste Farbtemperatur. Die (ähnlichste) Farbtemperatur Die Farbtemperatur beschreibt den Farbeindruck einer Weißlichtquelle. Eine hohe Farbtemperatur wird auch als kaltweiß bezeichnet. Der Farbeindruck des Lichts ist eher bläulich und weckt die Assoziation von bläulich schimmerndem Polareis. Eine niedrige Farbtemperatur wird dementsprechend als warmweiß beschrieben. Hier ist der Farbeindruck eher gelblich, was zur Assoziation eines gelben Kerzenscheins passt. Die Einheit der Farbtemperatur ist Kelvin. Bekanntlich entsprechen 273,15 K 0 °C. Bei Temperaturstrahlern (z.B. Glühlampen) entspricht die Farbtemperatur des sichtbaren Lichts annähernd der Temperatur der Wendel. Erhitzt man diese auf ca. 1700 °C, besitzt das Licht eine Farbtemperatur von ca. 2000 K. Solange es sich um Temperaturstrahler handelt, ist die Farbtemperatur relativ exakt reproduzierbar. Bei weißen LEDs ist dies jedoch nicht der Fall, was daran liegt, dass hier ein anderes Prinzip der Lichterzeugung angewendet wird. Die Farbtemperatur des Lichts entsteht hier, indem Leuchtstoffe kurzwellige in langwelligere Strahlung umwandeln und sie additiv mischen. Um trotzdem eine Farbtemperatur angeben zu können, bedient man sich eines Hilfskonstrukts, der ähnlichsten Farbtemperatur ( Correlated Colour Temperature, CCT). Vereinfacht gesagt wird hier das Licht der LED mit dem Licht eines Temperaturstrahlers vergleichen. Ist der Farbeindruck der LED ähnlich der des Temperaturstrahlers, so wird die vorliegende Farbtemperatur des Termperaturstrahlers als ähnlichste Farbtemperatur für die LED angegeben. Und genau hier liegt das Problem: Ähnlich ist nun mal nicht identisch... Farbflächen und Referenzflächen Bild 1 zeigt Farbflächen mit einer Referenzfläche in der Mitte (Fläche B). Diese hat einen bestimmten, definierten Farbwert (hier hellblau). Die Flächen A und C sehen im direkten Vergleich ähnlich aus wie die Referenzfläche. Es fällt nicht schwer, sie also ebenfalls als hellblau zu bezeichnen. Problematisch wird es jedoch, wenn man die beiden ähnlichen Farben A und C direkt miteinander vergleicht. Dies erfolgt in Bild 2. Hier wird jetzt ein deutlicher Unterschied sichtbar. Und es fällt schon deutlich schwerer, eine Ähnlichkeit zu erkennen und beide Farben als hellblau zu identifizieren. Diese Abweichung zwischen den sichtbaren Unterschieden der ähnlichsten 18 Haus + Elektronik 2/2016

Lichttechnik Bild 1: Farbflächen mit Referenzfläche, Quelle: DIAL Bild 1: Farbflächen ohne Referenzfläche, Quelle: DIAL Farbtemperatur wird bei LEDs leider häufig besonders deutlich. Der Planer kann sich kaum darauf verlassen, bei identischen Artikeln oder selbst bei gleichen Chargen identische Lichtwirkungen zu erhalten. Hauptursache: Fertigungstoleranzen Die eigentliche Ursache für die Abweichung liegt im Herstellungsprozess der LEDs. Dort treten fertigungsbedingt Schwankungen auf, die man versucht, durch einen Auswahl- und Sortierungsprozess zu kompensieren. Die LEDs werden nach der Produktion einem sogenannten Binning unterzogen. Dabei erfolgt eine Selektion der produzierten LEDs in verschiedene Klassen oder auch Behälter (engl. Bin). Die Art der Einteilung und die Definition der Größe eines Bins werden dabei von jedem LED-Hersteller unterschiedlich definiert. Der Leuchtenhersteller hat die Wahl, aus welchem Binning er die LEDs für seine Leuchten bezieht. Ein sehr feines Binning führt dazu, dass man möglicherweise keine relevanten Unterschiede bei Farbeindruck der Leuchten wahrnimmt. Allerdings ist dies wiederum sehr teuer, da ja nur eine geringe Stückzahl von produzierten LEDs für die Produkte in Frage kommt. Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass das Binning nicht nur in Bezug auf den Farbort, sondern auch in Bezug auf den Lichtstrom, die Farbwiedergabequalität oder weitere Parameter vorgenommen wird. Qualitätskriterium SDCM und MacAdam-Ellipsen? Als Qualitätskriterium der Farbeinheitlichkeit wird in vielen Datenblättern von LED-Leuchten das Kürzel SDCM in Verbindung mit einer Zahl (z. B.

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