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Lichtwissen

LED, Lux und Kelvin, Was ist das?

Folgende lichttechnische Größen wollen wir Ihnen etwas näherbringen:

  • LED

    Eine LED ist eine Licht emittierende Diode (Leuchtdiode). Die Bezeichnung entstand aus der Abkürzung des englischen Begriffs Light Emitting Diode. Das Licht entsteht hier durch eine Elektrolumineszenz aus Halbleiterkristallen. Elektrisch gesehen ist eine LED ein pn-Übergang, d.h. eine Diode, die in Durchlassrichtung betrieben wird. Beim Elektronenübergang entsteht sichtbares Licht. Die Lichtfarbe hängt von der Dotierung des pn-Übergangs mit anderen Elementen ab. Am schwierigsten sind weiße LEDs herzustellen. Man kann mehrere einfarbige Chips der Grundfarben Rot, Grün und Blau im richtigen Verhältnis zu weißem Licht mischen oder man nutzt spezielle Phosphor Leuchtstoffe um mit blauen LEDs eine weiße Lichtfarbe zu bekommen. Letzteres ist heutzutage zu sehen.
  • Farbwiedergabeindex (Ra)

    Farbwiedergabeindex wird in Ra angegeben. Unter Farbwiedergabeindex (englisch Colour Rendering Index, CRI) versteht man die photometrische Größe, mit der sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher Farbtemperatur beschreiben lässt.

    Gegenstände oder Kleidung sehen unter einer Lichtquelle
    mit schlechter Farbwiedergabe anders aus als z.B. im Sonnenlicht. Ein hoher Ra-
    Wert zeugt von guter Farbwiedergabe (Farbecht). Hier einige Beispiele:

    • Glühlampen bis Ra 100

    • LED-Lampen bis Ra 95

    • Energiesparlampen bis Ra 80

    • Natriumdampf-Lampen bis Ra 44


  • Farbtemperatur (Kelvin)

    Farbtemperatur (Lichtfarbe) wird gemessen in Kelvin (K).

    Die Lichtfarbe einer Lampe wird mit der Farbtemperatur T charakterisiert und in Kelvin gemessen (0 K = – 273 °C, das ist der absolute Nullpunkt). Beispiele verdeutlichen die Lichtfarben in der Einheit Kelvin (K):

    • Glühlampe warm-weiß: 2.700 K

    • Leuchtstofflampe neutralweiß: 4.000 K

    • Leuchtstofflampe tageslichtweiß: 5.000 K

    • LED: 2.700 K – 7.000 K


    Je höher die Zahl, desto kälter (bläulicher) ist das Licht!
  • Lumen (lm)

    Lichtstrom Φ - wird gemessen in Lumen (lm) und beschreibt die von eine Lichtquelle abgestrahlte Leistung. Je größer die "Zahl" desto heller ist die Lichtquelle. Zur Veranschaulichung ein Beispiel:

    Eine Glühlampe mit 40 W elektrischer Leistung liefert rund 400 lm Lichtstrom Φ. Zum Vergleich liefert eine LED-Lampe mit lediglich 7 W elektrischer Leistung ebenfalls  400 lm.
  • Effizienz (lm/W)

    Mit Hilfe der Lichtausbeute η („eta“, lm/W) kann die Effizienz von Lampen beschrieben werden. Sie wird mit Hilfe des Lichtstroms Φ (lm) sowie der elektrischen Leistung P (Watt) errechnet. Je höher der lm/W-Wert desto besser ist das Verhältnis zwischen der aufgenommenen Leistung und dem abgegebenen Licht.

     

    η = Φ / P - Lichtausbeute in lm/W


    Φ - Lichtstrom in lm


    P - elektrische Leistung in W


     

    Einige Beispiele für die Lichtausbeute bekannter Lampen:

    • Glühlampen: 6 … 19 lm/W

    • Halogenlampen: 13 … 23 lm/W

    • Leuchtstofflampen: 52 … 85 lm/W

    • Quecksilberdampf-Hochdrucklampen: 40 … 58 lm/W

    • LED-Lampen: 80…< 150 lm/W


  • Lux

    Beleuchtungsstärke E - wird gemessen in Lux (lx - lm / m²). Sie ist definiert durch das Verhältnis zwischen genutztem Lichtstrom Φ in lm und beleuchteter Fläche A in m².

    Die Beleuchtungsstärke wird mit dem Luxmeter gemessen oder in Simulationen berechnet, z.B. um festzustellen, ob eine Arbeitsfläche ausreichend ausgeleuchtet ist.

    E = Φ / A in 1 lx = 1 lm / m²


     

    Beispiele für die Beleuchtungsstärken an unterschiedlichen Orten:

    • Vollmondnacht: 1 lx

    • Straße: 10-20 lx

    • Büro: 300-500 lx

    • Fernsehgerechtes Fußballstadion: >2.000 lx

    • Bedeckter Himmel: 5.000 - 25.000 lx

    • Wolkenloser Himmel (Sonne): 25.000 - 100.000 lx


  • Lebensdauer und ihre Kennzeichnung

    LM-80-Messverfahren & TM-21 Berechnung

    Mit der Kombination der Messwerte aus dem LM-80-Verfahren sowie dem mathematischen Rechenmodell TM-21, besteht die Möglichkeit Prognosen über das Verhalten der LEDs in einem größeren Zeitrahmen sehr genau zu bestimmen. Zusätzlich kommen Erfahrungswerte von früheren oder ähnlichen LED Typen ebenfalls zum Tragen. Zur Erklärung:
    Wird z.B. L70B30, 50 000 h angegeben bedeutet dies für den Kunden, dass nach 50 000 Betriebsstunden 30% der LEDs unterhalb von 70% des Anfangslichtstromes liegen können.

     

    L- Wert Lichtstromminderung

    Der L Wert beschreibt den statistischen Wert des Lichtstromrückganges in %. L70 beschreibt z.B. einen 30% igen Lichtstromrückgang vom Ausgangswert der LED.

    B-Wert Zahl der Betroffenen LEDs

    Der B Wert beschreibt die Anzahl der betroffenen LEDs beim Lichtstromrückgang. B30 heißt, dass 30% der Leds unter den definierten L Werts fallen können.

     

     

    F-Wert Ausfall der LED-Leuchten

    Der F Wert beschreibt die menge, welche nach der Lebensdauer komplett ausfallen oder der Lichtstrom nicht mehr dem Level entspricht. L70F30 heißt, dass 30% der LEDs nach dem Erreichen der Lebensdauer ausgefallen oder weniger als 70% des Lichtstromes haben können.

     

     

    L90B05 heißt es bei silence lights.!

    Grafik mit verschiedenen Lebensdauerangaben: L70,50*10³h (rot); L80,50*10³h (blau); L80,80*10³h (grau)



Interessante Informationen rund um’s Licht mit LEDs

hier finden Sie einige interessante Informationen rund um die LED-Technik:

  • Temperatur beeinflusst die Effizienz

    Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die Lichtausbeute einer LED. Es gilt:
    Je kälter die Umgebung, desto effizienter arbeitet die LED. Zu hohe Temperaturen wirken sich dagegen nachteilig auf die Lichtausbeute aus. Auch die Lebensdauer kann sich verkürzen. Ein sehr wichtiges Qualitätsmerkmal von LED-Lösungen ist deshalb stets ein effektives Thermomanagement.
  • Die Lichtfarbe muss passen

    Durch die Möglichkeit bei der LED verschiedene Lichtfarben zu wählen entstehen
    ganz neue Möglichkeiten in der Beleuchtungstechnik. Man kann die LED mit einem warmen Licht (2.700K) wunderbar im Wohnzimmer einsetzten und mit einem
    neutralen Weiß (4.000K) lässt es sich optimal arbeiten. Somit kann nahezu jeder die Vorteile der LED in der benötigten Anwendung nutzen ohne Abstriche in der Farbtemperatur in Kauf nehmen zu müssen.

     

  • Es muss „hell“ sein

    Die benötigte Menge an Licht um einen Raum ausreichend auszuleuchten muss
    man nicht schätzen. Natürlich sind Erfahrungswerte gut, aber sie sind nie perfekt. In der heutigen Zeit lässt sich mit speziellen Programmen ein Beleuchtungsszenario 1:1 simulieren. Dazu werden nahezu alle unsere Lampen bei einem unabhängigen
    Messlabor Lichttechnisch vermessen.
  • Elektronik für was

    Eine gute Vorschaltelektronik zum optimalen Betrieb der LEDs ist einer der wichtigsten Faktoren im LED-Leuchtenbau.
    Vorschaltgeräte (auch Netzteile, Trafos,
    EVGs oder Treiber genannt) werden benötigt um die LEDs zum Leuchten zu bringen. Im Optimalfall liefern sie den konstanten Strom, sauber gefiltert, für hochwertiges und flackerfreies Licht. Zudem tragen sie zur langen Lebensdauer der LEDs selbst bei. Im Gegenteil zu Haushaltsgeräten hat jede LED oder LED-Schaltung ihre eigenen Anforderungen an den benötigten Maximalstrom und den Arbeitsspannungsbereich.
    Die Effizienz (auch Wirkungsgrad genannt) eines Vorschaltgerätes
    wirkt sich direkt auf dessen Lebensdauer aus. Eine geringere Effizienz bedeutet mehr Wärmeentwicklung und einhergehend eine höhere Belastung der Bauteile
    des Vorschaltgerätes, was im Endeffekt die Lebensdauer reduziert. Je nach Anforderung sind zur Lichtregulierung u.a. DALI, DMX, 1-10V
    oder Phasen an- bzw. abschnitt Dimmung möglich.
    Sei es die Lebensdauer, die Flackerfreiheit, die Temperaturbeständigkeit oder auch die Effizienz, der Leistungsfaktor (PF) für all das ist das Vorschaltgerät „verantwortlich“.
  • Die „Optik“ macht´s aus

    Mit der Optik ist nicht das Design gemeint, sondern die Sekundäroptik der LED.
    Diese ist ausschlaggebend für das passende Lichtbild oder auch die passende Ausleuchtung am Einsatzort. Die LED strahlt von Hause aus sehr breit ab (rund 120°) was aber meistens unerwünscht ist. Um das komplette Licht der LED zu nutzen wird es mit einer Optik die über der LED angebracht ist gebündelt.