Licht und Beleuchtung

 
 

 

DIE FUNKTION VON LICHT

 

 

LICHT UND FARBEN

Das menschliche Auge ist nicht für alle Wellenlängen des visuellen Lichtes im gleichen Maß sensibel. Das sichtbare Spektrum reicht von ungefähr 400nm bis 700nm.

 

Funktion der Leuchtkraft, Legende: 
X-Achse Wellenlänge; Y-Achse: relative Abhängigkeit
Grüne Kurve: Nachtsehen
Schwarze Kurve: Tagessehen

 
 

LEDs erzeugen einen schmalspurigen Strom nahe zu den sichtbaren, den ultravioletten und den infraroten Lichtfrequenzen.

 
LED FARBEN

Die Farben des emittierten Lichts von LEDs wird bestimmt von dem halbleitenden Material. Mit der wechselnden Fähigkeit elektrischen Strom zu leiten beeinflusst das halbleitende Material  die bunttongleiche Wellenlänge des emittierten Lichts.

Die bunttongleiche Wellenlänge beschreibt den Abstand zwischen  dem fortlaufenden  Punkt der gleichen Amplitude und der Phase auf der Welle.

LEDs benutzen AllnGaP  halbleitende Stoffmischungen , um Farben wie Rot und Grün zu erzeugen, während AllnGaN halbleitende Stoffmischungen Farben im UV-blau-grün Spektrum erzeugen. Weißes Licht kann durch das Vermischen des Lichtes von blauen LEDs mit gelbem Phosphor generiert werden. Der Phosphor wandelt einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht um und, abhängig von dem Verhältnis, entstehen verschiedene Farbtemperaturen.

 
Farbe Halbleitendes Material
 
Rot AlGaAs – Aluminium Gallium Arsenid
Rot, Orange, Gelb AllnGaP – Aluminium Indium Gallium Phosphide
Rot, Orange, Gelb GaAsP – Gallium Arsenid Phosphide
Grün, Blau InGaN – Indium Gallium Nitride
Tabelle 1 - Light Emitting Diode - Farbvarianten
 

Mehrfarbige LED (RGB)
Grundsätzlich sind LEDs einfarbige Geräte; Sie erzeugen einfarbiges Licht abhängig von ihrem Halbleitermaterial. Indem verschiedene Spannungen eingesetzt werden, kann die Farbe leicht verändert werden, aber das eigentliche Farbspektrum ist trotzdem stark limitiert.
Um eine breiteres Farbspektrum zu erzeugen, wurde eine mehrfarbige LED erzeugt, die drei Dioden beinhaltet in einem Packet (SMD) in rot, grün und blau (RGB). Verglichen mit einfarbigen LEDs können RGB LEDs ein nahezu grenzenloses Farbspektrum von bis zu 16,7 Millionen Farben erzeugen. Wegen ihrer Farbvielfalt, geringen Größe und Umweltfreundlichkeit reichen die Anwendungsmöglichkeiten für LED-Beleuchtung von einfacher Beleuchtung zu architektonischem Design und macht große Videobildschirme oder farbverändernde Lichtszenarios über ganze Gebäude möglich.

Weiße LED
Weißes Licht, das durch umweltfreundliche und energiesparende LEDs erzeugt wird, erfährt mehr und mehr Beliebtheit und wird in naher Zukunft wahrscheinlich die herkömmlichen Lichtquellen ersetzen.
Zuerst war es nur möglich weißes Licht durch drei LEDs zu erzeugen, rot, grün und blau. Durch die Integration dieser drei in ein herkömmliches LED Gehäuse und  die Abstimmung der Farben aufeinander, konnte weißes Licht erzeugt werden.
Heutzutage stellt die Industrie mehr homogenes weißes Licht her, indem Chip Level Conversation (CLC) verwendet wird. So wird eine dünne Phosphorschicht auf die Oberfläche des Halbleiters angebracht. Stimuliert durch eine blaue LED, fängt der Phosphor an gelb zu leuchten. Abhängig von der Intensität der blauen LED und der Art des Phosphors können verschiedenen Farbtemperaturen erzeugt werden. Traxon Technologies unterscheidet weißes Licht in drei Kategorien: Kaltweiß, Warmweiß und dynamisch Weiß.

FARBWIEDERGABE

Das CIE Chromaticity System steht für „Comission Internationale de l‘Eclairage“ und basiert auf der Idee, dass jede Farbe durch die Mischung der Intensität von Licht  aus den drei Grundfarben (rot, grün und blau) erzeugt werden kann.

 

 

 

Ähnlichste Farbtemperatur (CCT)
Allgemein können Farben als warm oder kalt empfunden werden. Da die Ausdrücke „warm“ und „kalt“ mit Temperaturen verbunden werden, ist eine technischere Beschreibung der Farbwiedergabe einer Lampe die Farbtemperatur, die in Kelvin (K) gemessen wird. Je wärmer das Licht empfunden wird, desto niedriger ist die Farbtemperatur. Umgekehrt je kälter das Licht wirkt, desto höher ist die Farbtemperatur.

Um den genauen Ton von Weiß zu definieren, wird die Farbtemperatur von Weißlicht entlang der Black Body Kurve gemessen. Im Gegensatz dazu gibt das CIE Chromaticity Diagramm die Wellenlängen an, ab welches farbiges Licht emittiert. Die Position auf der Black Body Kurve ist gleichzusetzen mit der Farbe eines schwarzen Eisenkörpers, der auf tausende Grad Kelvin erhitzt wird. Diese „Farbtemperaturen“ wurden definiert und können über das Chromaticity Diagramm gelegt werden, wodurch die Correlated Color  Temperature (CCT) entsteht, die sich auf den naheliegensten Punkt des Diagramms an die Black Body Temperatur bezieht.

Farbwiedergabe-Index (CRI)
Die Größe, bis zu der Lichtobjekte in ihrer richtigen Farbe  dargestellt werden können, ist bekannt als Farbwiedergabe-Index. Der Farbwiedergabe-Index ist eine quantitative Messung  in Ra von der Fähigkeit von einer Lichtquelle die Farbe verschiedener Objekte  wirklichkeitsgetreu wiederzugeben im Vergleich zu der idealen oder natürlichen Lichtquelle. Die Skala reicht von 0 bis 100, wobei 100 gleichbedeutend mit so gut wie natürlichem Tageslicht ist.
Lichtquellen mit einem höhen CRI sind in Anwendungen notwendig, bei denen eine echte Farbwiedergabe wichtig ist, wie bei Photographie, Kinematografie oder andere Bereichen, wie z.B. Verkaufsbereichen.

 
Farbwiedergabeindex (Ra)  >90   89-80   79-70   69-60   59-40   39-20 
Tageslicht            
Glühlampe            
Kompaktleuchte            
Leuchtstofflampe            
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe            
Halogen-Glühlampe            
Natriumdampf-Niedrigdrucklampe            
Metall-Halogenid-Lampe            
LED            
 
Typische Farbwiedergabeindex-Voraussetzungen für bestimmt Anwendungsbereiche, wie…
Ra >90:
Ra 89-80:
Ra 79-70:
Ra 69-60:
Ra 40-59:
Ra 39-20:
Farbsteuerung
Büroräume
Elektroindustrie
Herstellung
Stanzerei
Lagerhaus
 

Lichtintensität
Die Lichtintensität gibt die Menge an Licht an die auf eine Oberfläche abgegeben wird. Die Messgröße für die Lichtintensität ist Lumen pro Quadratmeter (lm/m2), oft auch als Lux (lx) bezeichnet. Das Lux-Level verringert sich mit dem Abstand zur beleuchteten Oberfläche. Je höher die Lichtintensität, desto höher ist die Fähigkeit des Auges Details, kleine Kontraste und  Farbschattierungen zu erkennen. Deshalb benötigen verschiedene Aktivitäten verschiedenen Level von Lichtintensität.

Wie viel Licht benötigen Sie?

Art der Aktivität Lichtintensität (lx = lm/sqm)
 
Orientierung und einfache visuelle Aufgaben (öffentlicher Bereich) 30-100
 
Gewöhnliche visuelle Aufgaben (Werbung, Industrie und Wohnbereiche) 300-1.000
 
Spezielle visuelle Aufgaben mit geringem oder sehr geringem Kontrast 3.000-10.000
ARBEFFEKTE

Farbe betont…RGB LED Licht kann jede Anzahl an Farben in einen dynamischen Einklang bringen. Diese Möglichkeit macht das LED Licht attraktiv für den architektonischen Sektor.

Farbe erregt Aufmerksamkeit…Farbe wertet visuell auf und erregt Aufmerksamkeit, besonders, wenn die Farbe an ungewöhnlichen Orten platziert wird. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn die Farbveränderung als Bewegung wahrgenommen wird. Sowohl in Schaufenstern und Ausstellungsräume als auch bei der Werbeindustrie ist  Farbe ein unumgänglicher Blickfang. Mit LED Licht wird diese Welt noch bunter.

Farbe entspannt…Farbige Lichtinstallationen fördern den Erholungsprozess; Sie können als Teil von Farbtherapien verwendet werden, als Innendesignelemente oder zur Veränderung der Atmosphäre eines Raumes – zum Beispiel zur Stressreduzierung in Wartebereichen und Behandlungsräumen.

Farbe wertet auf…Farbe formt, weckt Aufmerksamkeit und lockert auf und wertet daher den Gesamteindruck jedes Raumes auf. Die Ziele sind zwingend für Restaurants und Bars, die farbveränderndes LED-Licht an der Wand, Decke oder in anderen Bereichen, wie der Theke, verwenden.

Farbe ist verspielt…Farbveränderndes LED-Licht funktioniert auch perfekt im Unterhaltungsbereich, wo Farbe auf viele Weisen benutzt werden kann. Mit der Hilfe von unterhaltsamen Programmierungen, können faszinierende Lichtszenarios umgesetzt werden.

Schrittweise Sicherheit…Die Stolpergefahr sinkt durch die richtige Beleuchtung von Objekten. LED kann solche Stolperfallen einfach durch Licht akzentuieren.

LICHT UND MENSCHEN

Licht spielt für Menschen eine wichtige Rolle. Der Großteil unserer Eindrücke hängt vom Sehen ab zusammen mit der Funktion des Auges, daher bildet Licht die Basis für die Fähigkeit zu sehen.

Neben der grundlegenden Funktion eine Umgebung zu beleuchten, beeinflusst Licht Menschen direkt. Es wirkt sich nicht nur direkt auf unsere biologische Uhr aus (« Biorhythmus »), die uns während des Tages aktiv hält und uns bei Nacht erholen lässt, sondern löst auch physiologische Reaktionen aus und beeinflusst die visuelle und mentale Wahrnehmung der Menschen.
Auf der einen Seite kann Licht das generelle Wohlbefinden, Arbeitsleistung, den ästhetischen Eindruck der Umgebung oder das emotionale Ambiente steigern oder verbessern, auf der anderen Seite kann Licht auch einen negativen Einfluss auf die Gesundheit haben..

Licht spielt eine wichtige Rolle für den Menschen, indem es nicht nur einen visuellen Einfluss nimmt, sondern auch emotionale und biologische Auswirkungen hat.

 

Licht und Gesundheit
Der menschliche Körper ist ein komplexes physiologisches Konstrukt, das auf seine Umwelt reagiert. Licht ist ein wichtiger Faktor, der einen beachtlichen Einfluss auf das Wohlbefinden hat. Es hat signifikante biologische sowie psychologische Effekte.

Neben der Funktion für das menschliche Sehen und den Biorhythmus, beeinflusst es auch direkt den Menschen, wie zum Beispiel die Produktivität, Konzentration oder sogar die Stimmung und die Gesundheit. Negative Effekte von nicht optimaler Beleuchtung sind unter anderem ein erhöhtes Risiko für Kopfschmerzen,  Ermüdung sowie mentaler Stress oder Beunruhigung. Es kann außerdem in erhöhtem Blutdruck resultieren, welcher zu weiteren Erkrankungen führt.

Licht und Leistung
Da Licht einen direkten Effekt auf den Menschen und seinen Körper hat, kann es auch als Reiz für den Menschen dienen, wie einer erhöhten Aufmerksamkeit und Konzentration. Neben dem biologischen Effekt von Licht kann es auch die visuelle Funktion verbessern, was zu einer gesteigerten Leistung und emotionalen Gefühlen, wie Wohlbefinden und Motivation, führen kann.

Mehrere Studien beweisen den Zusammenhang zwischen Produktivität und Licht. Nach dem National Lighting Bureau „beeinflusst Licht die  Leistung auf zwei Arten: direkt und indirekt. Der direkte Effekt ist offensichtlich, weil Licht beeinflusst wie gut wir sehen können, entweder indem Reize verändert werden oder indem  der Betriebszustand verändert wird. Der indirekte Effekt entsteht, weil Licht Aufmerksamkeit auf sich zieht; es Verändert Stimmung und Verhalten und verbessert den Hormonausgleich im Körper.“

Licht und Wahrnehmung
Licht bildet die Basis für 80% bis 85% unserer Eindrücke und beeinflusst den Menschen nicht nur auf eine biologische Art und Weise, sondern auch emotional. Wie ein Raum beleuchtet ist, verändert die Empfindung von Menschen und wie sie ihre Umgebung wahrnehmen. Die Empfindung für íhr Umfeld ist ein elementarer Teil für das Wohlbefinden der Menschen. Ein Raum, in dem sich ein Mensch nicht wohl fühlt, verringert die Produktivität, Motivation und beeinflusst sogar seine Gesundheit.