Was ist Licht?

  • Licht ist der für Menschen sichtbare Bereich der elektromagnetischen Strahlung. Der Wellenlängen-Bereich erstreckt sich von etwa 380 bis 750 Nanometer (nm). Dieses Lichtspektrum umfasst die so genannten Spektralfarben.
  • Ober- und Unterhalb dieser sichtbaren Strahlung befinden sich die Bereiche Infrarot und Ultraviolett.
  • Die gebündelten Spektralfarben lassen das Licht weiß erscheinen.
  • Die Hauptquelle des Lichtes auf der Erde ist die Sonne (Sonnenlicht).
  • Künstliche Lichtquellen sind beispielsweise Glühlampen, Leuchtstofflampen, Leuchtdioden und Laser.
  • Wird das Licht durch ein Prisma gebrochen, werden die einzelnen Spektralfarben sichtbar.

 

Die LED-Technologie:

  • Noch vor einigen Jahren kannte man LEDs vor allem als farbige Lichtquellen für Displays und Signalanzeigen. Heute sorgen Hochleistungs –LEDs für eine Revolution in der Allgemeinbeleuchtung und erschließen eine ganz neue Lichtqualität.

 

  • Ob im Innen- oder Außenbereich, ob dekorative oder funktionale Beleuchtung: Ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, ihre Flexibilität bezüglich Form und dynamischer Farbe, ihre herausragende Effizienz und anglebigkeit machen sie zu den Shootingstars der Beleuchtungstechnik.

Was ist LED?

  • LED steht für „Light Emitting Diode“ bzw. „lichtemittierende Diode“, auch als „Lumineszenz-Diode“, oder kurz „Leuchtdiode“ bezeichnet.
  • Leuchtdioden sind winzige elektronische Halbleiter-Bauelemente, die elektrischen Strom direkt in Licht umwandeln.
  • Fließt durch die Diode Strom in Durchlassrichtung, so strahlt sie Licht mit einer vom Halbleitermaterial abhängigen Wellenlänge.
  • Die Direktumwandlung des Stroms in Licht erhöht die Effizienz; so erzeugen Leuchtdioden deutlich mehr Licht bei weniger Stromverbrauch!
  • Die LED zählt zu den kleinsten verfügbaren Lichtquellen und gilt als die bedeutendste Erfindung in der Geschichte der Beleuchtung, seit Edison vor über 100 Jahren die „Glühlampe“ erfunden hat.
  • Nie zuvor kam so viel Licht aus so winzigen Bauformen, nie zuvor arbeiteten Lichtquellen so zuverlässig und effizient.

LED erobert die Wohnraumbeleuchtung

  • Durch die positive Weiterentwicklung der LED-Technologie und nicht zuletzt durch die EU-Verordnung 874/2012 (Glühlampenverbot), sind die Marktanteile LED rasant gestiegen.
  • Lichtausbeute, Lichtfarben und Effizienz wurden stetig verbessert. Das Resultat: Die LED hält Einzug in die Wohnraumbeleuchtung; ob im Innen- oder Außenbereich, ob dekorative oder funktionale Beleuchtung, LEDs sind ökonomisch sowie ökologisch zweifelsohne die beste Alternative zu herkömmlichen Leuchtmitteln.

Eine lange Geschichte bis zum Markt

  • 1907… entdeckt der Engländer Henry Joseph Round, dass organische Stoffe leuchten können, wenn elektrische Spannung angelegt wird.
  • 1921… beobachtete der russische Physiker Oleg Vladimirovich Lossew diese Lichtemission erneut und untersuchte das Phänomän in den Folgejahren bis 1942 genauer.
  • 1935… stellt George Destriau an Zinksulfid eine Lichtemission fest und bezeichnet es dem russischen Physiker zu Ehren als Lossew-Licht.
  • 1951… wurde durch die Entwicklung des Transistors der wissenschaftliche Durchbruch in der Halbleiterphysik erreicht. Zunächst experimentierte man weiter mit Zinksulfid. Erst ab 1959 konzentrierte sich die Erforschung der Lichterzeugung ganz auf Halbleiter auf Basis von Galliumphosphid (GaP).
  • 1962… kommt die erste rote Leuchtdiode auf den Markt, entwickelt von dem Amerikaner Nick Holonyak. Sie markiert die Geburtsstunde der industriell von General Eletric gefertigten LEDs. Wegen ihrer geringen Lichtleistung wurden diese Low-Power-LEDs vorwiegend als einfache Signalanzeigen verwendet.
  • 1971… durch die Entwicklung neuer, verbesserter Halbleitermaterialien gibt es die LED nun auch in weiteren Farben: Grün, Orange und Gelb. Gleichzeitig verbesserte sich die Lichtleistung und Effizienz der Leuchtdioden stetig.
  • 80er Jahre bis frühe 90er Jahre… Das neue Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN) ermöglichte Grüntöne bis zu ultraviolett. Auf dieser Basis entwickelte der Japaner Shuiji Nakamura 1993 die erste sehr hell strahlende blaue LED.
  • 1995… wird die erste LED vorgestellt, die durch die Zugabe von Leuchtstoffen weißes Licht gewinnt. Zwei Jahre später kommen diese weißen LEDs auf den Markt. Zunächst als Ein-Watt-Packages mit 350 Milliampere.
  • 2006… gibt es die ersten High-Power-LEDs mit 3 und 5 Watt, deren Effizienz nur noch von Gasentladungslampen übertrumpft werden.
  • In den vergangenen Jahren verdoppelte sich der Wirkungsgrad von LEDs alle zwei Jahre. Sie erobern immer mehr Anwendungsgebiete, und ein Ende der Entwicklung ist noch lange nicht in Sicht…

Wie funktioniert eine LED?

  • Anders als bei herkömmlichen Glühlampen, wird der Strom nicht durch einen Glühdraht geleitet, sondern fließt durch einen Halbleiter, schon wenig Energie reicht aus, um Leuchtdioden zum Leuchten zu bringen.
  • Die Leuchtdioden bestehen aus einer negativ geladenen Halbleiterschicht mit einem Überschuss an Elektronen (n-Schicht) und einer positiv geladenen Halbleiterschicht mit einem Mangel an Elektronen (p-Schicht), auch „Löcher“ genannt.
  • Unter Spannung wandern die überzähligen Elektronen und die Löcher aufeinander zu und rekombinieren in der sogenannten Sperrschicht (p-n-Übergang).
  • Die freigegebene Energie wird im Halbleiter in Strahlung (Licht) umgesetzt.
  • In der Fachsprache wird dieser Prozess „Elektrolumineszenz“ genannt. Umgangssprachlich ist hier vom „kalten Licht“ die Rede. Denn im Gegensatz zu herkömmlichen Glühlampen ist das LED-Licht keine Wärmestrahlung.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Was versteht man unter Halbleiter?

  • Halbleiter sind Festkörper (Kristalle), die sowohl Eigenschaften von Metallen als auch von Nichtmetallen aufweisen, und abhängig von ihrer Zusammensetzung elektrische Leiter oder Nichtleiter sind.
  • Halbleiter können verschiedene chemische Strukturen besitzen. Am bekanntesten sind die Elementhalbleiter „Germanium“ und „Silizium“, die aus einem einzigen Element aufgebaut sind, und Unterschieden wird zwischen Elementhalbleitern, die aus einem einzigen Element aufgebaut sind, und Verbindungshalbleitern wie z. B. „Galliumarsenid“.
  • Ein wichtiges Merkmal bei Halbleitern ist, ihre Leitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu – sie sind sogenannte Heißleiter.
  • Des Weiteren lässt sich die Leitfähigkeit durch das Einbringen von Fremdatomen (Dotieren) und durch unterschiedliche Spannungen beeinflussen.
  • Die zur Leuchten-Herstellung verwendeten Halbleitermaterialien sind toxikologisch völlig unbedenklich und für den menschlichen Körper ungiftig.

Farben direkt aus dem Halbleiter

  • Leuchtdioden brauchen keine Farbfilter: Ihr Licht ist von Natur aus farbig. Die klassischen Farben sind rot, gelb, grün und blau – auch Mischfarben sind möglich.
  • Das von einer LED ausgestrahlte Licht hat eine bestimmte Wellenlänge und damit eine bestimmte Farbe. Diese hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab.
  • Für alle LEDs sehr charakteristisch ist jedoch, dass sie monochromatisches (einfarbiges) Licht erzeugen.
  • Jede-LED-Lichtfarbe beschränkt sich auf einen sehr schmalen Wellenlängenbereich (Stichwort: dominante Wellenlänge), welcher dementsprechend nur eine ganz bestimmt Lichtfarbe repräsentiert.
  • Das einzige Spektrum, das nicht direkt aus einem Chip erzeugt werden kann, ist das weiße Lichtspektrum, da weißes Licht eine Mischung aus sämtlichen Lichtfarben darstellt.


Wie entstehen weiße LEDs?

  • Weißes Licht kann durch unterschiedliche Herstellungsverfahren erzeugt werden.
  • Das derzeit gängigste Verfahren ist das Prinzip der „Photolumineszenz“, auch „Lumineszenzkonversion“ genannt.
  • Bei dieser Methode wird oberhalb eines blauen LED-Chips eine hauchdünne Phosphor-Leuchtschicht aufgedampft. Sie wandelt einen Teil des blauen Lichts durch den gelben Phosphor in weißes Licht.
  • Der Farbton des weißen Lichts kann je nach Dosierung des Phosphor-Leuchtstoffs variieren, deshalb muss die Zusammensetzung sehr genau gesteuert werden, um die gewünschte Lichtfarbe zu erreichen.
  • Heute sind verschiedene Weißtöne möglich: von Warmweiß, über Neutralweiß bis hin zu Tageslichtweiß.
  • Weitere Vorteile dieser Methode sind relativ hohe Lichtströme und eine gute Farbwiedergabe.


Weiße LEDs und Farbtemperatur

  • Eine andere Möglichkeit weißes Licht zu gewinnen, ist die Mischung von farbigem Licht unterschiedlicher Wellenlängen.
  • Diese „additive Farbmischung“ von Rot, Grün und Blau kann neben allen anderen Mischfarben auch weißes Licht erzeugen.
  • Dieses Verfahren mit Multi-LEDs oder Baugruppenfarbiger LEDs hat den Vorteil, dass die Lichtfarbe durch gezielte Ansteuerung verändert und neben weißem Licht auch farbiges Licht erzeugt werden kann. RGB-Lösungen eignen sich deshalb gut für Anwendungen mit farbdynamischer Beleuchtung.
  • Soll das weiße Licht zum Beispiel den Wechsel von Warmweiß zu Kühlweiß erlauben, kombinieren neue Technologien farbige Chips mit weißen LEDs. So wird ein dynamisch veränderliches weißes Licht mit guter Farbwiedergabe erzeugt.
  • Die Realisierung weißen Lichts mit dieser Methode erfordert viel Know-how, denn die exakte Ansteuerung der farbigen LEDs mit unterschiedlichen Eigenschaften ist schwierig und führt auch dazu, dass die Farbwiedergabe etwas schlechter ist als bei der Lumineszenzkonversion. Außerdem ist dieses Verfahrung in der Herstellung teurer.


Das Lichtspektrum

  • Das für den Menschen sichtbare Licht setzt sich aus vielen Farben, den sogenannten „Spektralfarben“ zusammen. Durch die gleichmäßige Mischung und Überlagerung all dieser Farben entsteht weißes Licht.
  • Reinweißes Licht besitzt alle Spektralfarben des sichtbaren Bereiches. Der Wellenlängenbereich des Lichtspektrums reicht von ungefähr 380 bis 780 Nanometer.



Was bedeutet Farbtemperatur?

  • Die Farbtemperatur des Lichts wird in Kelvin gemessen. Kelvin ist die Basis jeder Temperaturmessung. Sie beginnt am absoluten Nullpunkt; 0 Kelvin entspricht -273,16° Celsius.
  • Die Farbtemperatur in Kelvin entspricht der Temperatur in Celsius auf die ein schwarzer Körper aufgeheizt werden müsste, damit er in der gewünschten Farbe glüht. Das klingt kompliziert, ist aber einfach. Wir nehmen eine Herdplatte, heizen sie auf und je nach dem, wie heiß sie ist, glüht sie in einer anderen Farbe; diese Farbe wird in Kelvin gemessen, sie entspricht dann der Temperatur in Celsius, die die Herdplatte erreicht hat.


Die richtige Farbtemperatur

  • Die Farbtemperatur gibt Auskunft darüber, ob eine LED warmes oder eher kühles Licht abgibt. Generell gilt: Je höher die Farbtemperatur, desto kühler das Licht.
  • Als warmweißes Licht bezeichnet man Licht mit einer Farbtemperatur unter 3.300 Kelvin. Warmweißes Licht mit seiner gelblich/weißen und gemütlichen Wirkung wird häufig im Wohnbereich eingesetzt.
  • Als neutralweißes Licht bezeichnet man Licht mit einer Farbtemperatur von 3.300 bis 5.000 Kelvin. Durch die natürliche Farbwiedergabe ist das Licht hervorragend geeignet für die Anwendung im Badezimmer, in der Küche oder auch in Wohn-, Büros-, sowie in Geschäftsräumen.
  • Als kaltweißes Licht bezeichnet man Licht mit einer Farbtemperatur über 5.300 Kelvin. Diese Lichtfarbe wird auch als Tageslichtweiß bezeichnet. Kaltweißes Licht besitzt bei genauer Betrachtung einen leichten Blauschimmer und ist für Wohnbereiche eher ungeeignet.
  • Diese Lichtfarbe wird zumeist als Beleuchtung im Außenbereich oder als Shop-Beleuchtung eingesetzt. Auch für technische Bereiche, z.B. Fabrikhallen, ist dieses Licht bestens geeignet.

Was bedeutet Farbwiedergabe?

  • Das Licht der Sonne stellt Farben in unserer Umgebung unverfälscht dar und zeigt Gegenstände in Ihrer natürlichen Farbgebung.
  • Der allgemeine Farbwiedergabeindex (Color Rendering Index, CRI) gibt an, wie genau eine Lichtquelle die Farben reproduzieren kann.
  • Der höchste Wert ist CRI 100 und entspricht dem natürlichen Sonnenlicht. Im Spektrum sind alle Spektralfarben enthalten.
  • Je nach Einsatzort und Sehaufgaben sollte auch künstliches Licht eine möglichst korrekte Farbwahrnehmung ermöglichen.
  • Eine Lichtquelle mit CRI 100 lässt also alle Farben unserer Umgebung natürlich erscheinen. Fehlt z.B. eine Farbe im Spektrum einer Lichtquelle, je niedriger ist der Wert für den Farbwiedergabeindex, desto schlechter werden die Farben der beleuchteten Gegenstände wiedergegeben.
  • Eine gute LED sollte heute immer einen Wert von >80, also fast dem Wert des natürlichen Sonnenlichts entsprechen.

Farbwiedergabeindex (CRI)

  • LED-Licht reflektiert Farben ganz natürlich wie Tageslicht

LED-Licht ist biologisch wirksam

  • LEDs zaubern ein Licht nahe am natürlichen Licht;und entfalten somit eine biologische Wirkung auf den menschlichen Organismus.
  • Natürliches Tageslicht und seine Dynamik sind das Fundament für unser Wohlbefinden. Licht hat daher einen großen Einfluss auf unsere Physis und Psyche auf Aktivität und Entspannung. Denn 80 % unserer Wahrnehmung und Information nehmen wir über das Auge auf.
  • Natürliches Licht beeinflusst die Ausschüttung von Hormonen. Zum Beispiel wird durch natürliches Licht der Spiegel von Cortisol und Melatonin gesteuert. Melatonin macht schläfrig und senkt die Körperfunktionen damit wir gut schlafen. Cortisol hingegen fördert die Konzentration und Motivation und erhöht nachweislich die Leistungsfähigkeit. 

Effizienz und Lichtausbeute 

  • Die Energieeffizienz ist ein Maß für den Energieaufwand zur Erreichung eines festgelegten Nutzens.
  • LEDs arbeiten äußerst effizient. Ihre gute Energie- und Leistungsbilanz ist das Ergebnis einer langen technischen Entwicklung. Die erste LED erreichte 1962 noch eine Lichtausbeute von 0,1 Lumen pro Watt (lm/W). Inzwischen liefern High-Power-LEDs 100 bis 120 lm/W im alltäglichen Betrieb. Unter Testbedingungen im Labor wurden sogar schon Werte von 200 lm/W und mehr erzielt.
  • Zum Vergleich: Eine herkömmliche Glühlampe kommt auf etwa 12 bis 20 Lumen pro Watt, eine Halogenlampe erreicht maximal 30 lm/W und effiziente Kompaktleuchtstofflampen bringen es auf ca. 80 lm/W.
  • Glühlampen benötigen verhältnismäßig viel Energie um Licht zu erzeugen; 95 % davon, werden in Wärme umgewandelt (Verlustwärme). LEDs hingegen benötigen wesentlich weniger Energie bei gleicher erzeugter Lichtausbeute.
  • Eine hohe Energieeffizienz bedeutet demnach, dass möglichst wenig Energie (Watt) eingesetzt wird, um viel Licht (Lumen) zu erhalten.
  • Fazit: LEDs punkten mit sehr hoher Effizienz. Und ihre Entwicklung ist noch nicht zu Ende.

Verlustwärme einer Glühlampe


Auf den Lichtstrom kommt es an!

  •  „Lumen“ ist die Maßeinheit für den Lichtstrom und bezeichnet die Helligkeit einer Lichtquelle. Je höher der Lumenwert, desto heller ist die Lichtquelle.
  • Die "Wattangabe" einer Lichtquelle gibt, wie viel Strom sie verbraucht. Durch Erfahrung mit den angegebenen Wattzahl, verbinden wir damit aber auch die äquivalente Lichtleistung. Für Glühbirnen war Watt noch eine mehr oder weniger sinnvolle Angabe.
  • Da neue Technologien wie LEDs deutlich weniger Strom benötigen, ist die Wattangabe hier gänzlich ungeeignet.
  • Stattdessen sollten die angegebenen Lichtstromwerte miteinander verglichen werden, um die Helligkeit einer Lichtquelle einordnen zu können.
  • Bei allen LED-betriebenen Leuchten und Lampen mit befinden sich Sie die entsprechenden Lumenangaben auf der Herstellerverpackung, sowie in Katalogunterlagen und technischen Datenblättern.

Wie hell müssen Lampen sein?

  • Achten Sie beim Leuchten- und Lampenkauf auf den Lichtstrom in Lumen (lm).
  • LED und Energiesparlampen müssen laut EU-Bestimmung 244/2009 heller sein
    als vergleichbare Glühlampen!

Energie- und Stromkosteneinsparung

  • Im Privatbereich, sowie im gewerblichen Bereich, punkten effiziente LEDs nicht nur durch ihre Lichtqualität; sie sparen auch jede Menge Energie und damit Stromkosten:
  • Eine 60 Watt Glühlampe würde bei einer Brenndauer von 4 Std./Tag annähernd 90 Kilowatt Stunden (kWh) im Jahr verbrauchen. Die reinen Stromkosten würden also für diese Lampe rund 19,- CHF betragen.(Strompreis 0,21 CHF/kWh)
  • Eine LED mit 10 Watt/800 Lumen würde vergleichsweise nur knapp 15 kWh verbrauchen. Die Betriebskosten würden bei gleichem Stromtarif hier rund 3,- CHF betragen.

Was sind die Qualitätsmerkmale?

  • Die Produktion leistungsfähiger und zuverlässiger LEDs erfordert spezielle Herstellungsverfahren und hohes technisches Know-how in der Entwicklung sowie den Einsatz hochwertiger Materialen.
  • Leuchtdioden sind für Beleuchtungsaufgaben erst nutzbar, wenn einzelne oder mehrere Dioden auf Leiterplatten zu einem geschlossenen Modul (Chip) zusammengefügt werden.
  • Effiziente LED-Module setzen voraus, dass Halbleitermaterialien, elektronische Bauelemente und Leuchtenkörper optimal aufeinander abgestimmt sind; sie bilden immer ein komplettes System.
  • Qualitäts-LEDs zeichnen sich dadurch aus, dass Ansteuerung, thermische und optische Komponenten gut umgesetzt sind – und zwar auf kleinstem Raum.
  • Generell äußert sich die Qualität von LEDs in einheitlichen Lichtfarben, homogene Helligkeit sowie in der Lebensdauer des gesamten Systems. Wichtige Begriffe sind in diesem Zusammenhang „Thermomanagement“ und „Binning“.

Was versteht man unter Binning?

  • Bei der industriellen Produktion von LED-Chips kommt es innerhalb unterschiedlicher Fertigungschargen immer wieder zu Abweichungen: Die Dioden variieren zum Beispiel in Farbe und Leuchtkraft.
  • Damit eine konstante Lichtqualität mit gleichem Helligkeitsniveau und einheitlicher Lichtfarbe gewährleistet ist, müssen die LEDs einer Charge sorgfältig selektiert werden.
  • Sie werden in sogenannte Bins (Behälter, Gruppen) eingeteilt (Binning genannt).
  • Alleine zur Definition und Einteilung der Farbtemperaturen bei weißen LEDs gibt es nach heute gültigen Industriestandard über 100 mögliche Untersortierungen.
  • Die Farbwerte von LEDs werden heute nach der ANSI-Norm (ANSI = American National Standards Institute) sortiert.
  • Die ANSI-Norm definiert Farbabweichungen mit Hilfe der „MacAdams-Ellipse“ und  garantiert einheitliche Lichtfarben, zum Beispiel 3.000 Kelvin für Warmweiß.

Definition der Farbwerte

  • Der gewünschte Farbwert sollte innerhalb einer Ellipse mit 4 Schwelleneinheiten liegen. LEDs dieser eng gefassten Bins garantieren einheitliche Lichtfarben, zum Beispiel 3.000 Kelvin für Warmweiß.
  • Nur etwa 4 bis 5 % einer jeweiligen Charge haben die gewünschte 100 % Spezifikation.

Was ist Thermomanagement?

  • Auch wenn das Licht einer LED keine Hitze abstrahlt, ist es eine falsche Annahme, dass LEDs keine Wärme erzeugen.
  • Anders als bei Glüh- und Halogenlampen erzeugt bei einer LED nicht das abgestrahlte Licht die Wärme, sondern die Wärmeentwicklung entsteht durch den Widerstand im Halbleiter (geleitete Wärme).
  • Diese Leistungswärme muss unbedingt abgeführt werden, damit LEDs möglichst effizient arbeiten und eine hohe Lebensdauer erreichen. Das gilt vor allem für High-Power-LEDs, die mit hohem Betriebsstrom arbeiten.
  • Je mehr Leistung die Diode aufnimmt, desto heller leuchtet sie. Der Haken dabei: Höhere LED-Leistung bedeutet höheren Betriebsstrom, das wiederum führt zu höherer Wärmebelastung des Halbleiters – wodurch die Effizienz sinkt und sich die Lebensdauer signifikant verkürzen kann.
  • Lichtstarke LEDs brauchen deshalb zwingend ein gutes Thermomanagement, das die Wärme vom LED-Chip ableitet.
  • Je besser die Wärmeableitung, desto leistungsfähiger und zuverlässiger arbeiten die LED.

Thermomanagement

  • Eine LED erzeugt praktisch kein UV- oder IR-Licht. Das ausgesendete Licht ist kalt. Die LED erwärmt sich ausschließlich durch den Lichtentstehungsprozess. Es gilt die einfache Formel „je kühler, desto höher die Lebensdauer, desto heller die LED“. Die erzeugte Wärme wird von drei Faktoren geprägt: Umgebungstemperatur, Stromstärke und Wärmemanagement.

Qualitäts-LEDs der Marke Osram

Seit einiger Zeit setzen wir vermehrt Qualitäts-LEDs der Marke Osram ein. Die eigens für uns  entwickelten LED-Module setzen hier die höchsten internationalen Standards. Sie halten die angegebenen Lumen- und Farbwerte ein, verdunkeln oder verfärben sich nicht nach kurzer Zeit, und garantieren somit hervorragende Lichtergebnisse und hohe Lebensdauer.

Extrem lange Lebensdauer

  • LEDs sind nicht nur Stoßfest sondern besitzen auch eine enorm lange Lebensdauer; unter normalen Umständen fällt eine LED nur sehr selten aus. Die Lebensdauer-Bandbreite einer „Haushalt-LED“ beträgt in der Regel zwischen 10.000 und 100.000 Stunden.
  • Folgende Einflussfaktoren können sich negativ auf die Lebensdauer auswirken:
    • Die Hauptursache sind vermehrte Störstellen im Halbleiterkristall, die auf thermischen Einfluss, also zu hoher Temperatur zurück zuführen ist. Diese Störstellen nehmen nicht mehr an der Lichterzeugung teil und die LED verliert an Lichtstrom, somit an Helligkeit. Diese kontinuierliche Veränderung ist messbar und wird als „Degradation“ bezeichnet.
    • Die zweite Ursache, welche aber eine untergeordnete Rolle spielt, ist die Trübung des Gehäuse oder der Linsen wenn diese aus Kunststoffen gefertigt sind. Solche Trübungen treten aber vor allem nur bei Galliumnitrid LEDs im blauen und Ultravioletten Bereich auf.
    • Die dritte Ursache kann eine Fehlfunktion auf Grund von Alterungsvorgängen in den verwendeten Materialien sein. Zum Beispiel Ermüdungserscheinungen von Klebe- oder Lötverbindungen.
  • Während der gesamten Lebensdauer sind LEDs praktisch wartungsfrei; Lampenwechsel und Service-Einsätze entfallen.

Degradationskurve

  • LEDs verhalten sich nicht wie eine Glühlampe, bei der nach ca. 1.000 Stunden Brenndauer meistens meistens der Glühdraht „reißt“ sondern der Lichtstrom (Lumen) einer LED nimmt mit der Zeit ab; wie hier am Beispiel von Degradationskurven gezeigt wird.

LED-Bautypen

  • Bedrahtete LEDS (radiale LEDs) stammen noch aus den ersten Tagen der LED-Technologie. Der innenliegende LED-Chip ist durch eine Kunststoffkappe verkapselt, die vor Schäden schützt. Wegen ihrer meist geringen Lichtleistung werden diese Low-Power-LEDs heute vorwiegend für einfache Signalanzeigen verwendet.

  • SMD-LED (Surface Mounted Devices) oder auch „oberflächenmontierbares Bauelement“.
  • SMD-LEDs besitzen nicht so wie die bedrahteten LEDs kleine Drahtanschlüsse, sprich Pins.
  • Hier werden die einzelnen SMD-Chips mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf die Leiterplatte gelötet.
  • SMD-Chips ermöglichen es dem Hersteller, die Produktion zu automatisieren und die Qualitätskontrolle zu verbessern.
  • SMD-LEDs werden heutzutage am häufigsten verwendet und bieten folgende Vorteile: bessere Wärmeverteilung, höhere Lichtleistung und eine längere Gesamtlebensdauer.

  • COB-LED (Chip on Board) bedeutet auf deutsch: „Nacktchipbauelement“.
  • Bei der COB-Technik werden die einzelnen Halbleiter „nackt“ direkt auf die Leiterplatte geklebt und danach mittels Microdrähten zur Platine verbunden (Bonding genannt).
  • Mit dieser Technik können ca. 70 Chips pro Quadratzentimeter eingesetzt werden und ermöglicht so eine enorme Intensität bei gleichmäßigem Leuchtfeld.

Retrofit-LED-Lampen

  • Mit dem Begriff „Retrofit“ (engl. für nachrüsten, umrüsten, Nachrüstung) bezeichnet man moderne Leuchtmittel mit herkömmlichen Fassungssystemen (Austauschleuchtmittel). So lassen sich veraltete Halogenstrahler und Glühlampen sehr einfach durch LED-Leuchtmittel ersetzen ohne das die Leuchte ausgetauscht werden muss.
  • Retrofit-LED-Lampen passen in jede handelsübliche Fassung, liefern sofort 100% Licht, da sie keine Aufwärmzeit benötigen und können je nach System gedimmt werden.
  • Retrofit-LED-Lampen erreichen nicht die Lebensdauer wie komplette LED-Systeme, da bestehende Leuchten nicht für den LED-Betrieb optimiert sind und die gesamte Elektronik und die thermischen Komponenten bei Retrofits auf engsten Raum innerhalb der Lampe gewährleistet sein muss.

Filament-LED-Lampen

  • Filament ist die englische Bezeichnung für „Leuchtfaden“.
  • LED-Filament-Lampen oder auch LED-Faden-Lampen bestehen aus Trägerstreifen aus einer speziellen Polyesterfolie mit guten elektrischen und thermischen Eigenschaften.
  • Auf der Oberfläche der Trägerstreifen werden Micro-LEDs aufgeklebt.
  • Die gewünschte Lichtfarbe wird auch hier mittels einer aufgebrachten Fluoreszenzschicht erreicht.
  • Die Filament-Lampen sind nicht mehr oder weniger effizient als andere herkömmliche LED-Lampen. Die Unterschiede liegen also ausschließlich im Retro-Design.

Betriebs- und Steuergeräte

  • Chip schneiden, kontaktieren, Strom anlegen – fertig ist die LED! Ganz so einfach ist es nicht, bevor das effiziente Licht aus dem Halbleiter in Leuchten und Lampen genutzt werden kann.
  • Die Arbeitsweise von LED-Modulen wird durch die Strom- und Spannungsversorgung entscheidend beeinflusst. So sind LEDs auf eine gleichmäßige Stromversorgung angewiesen, denn schon kleine Spannungsänderungen können einen starken Anstieg der Stromstärke bewirken und die LED schädigen.
  • Elektronische Betriebsgeräte – sogenannte Treiber – sorgen für eine typengerechte Energieversorgung und bieten darüber hinaus Schnittstellen für die elektronisches Lichtmanagement (Farbsteuerung, Dimmen, Touch-Funktion, etc.).
  • Betriebsgeräte sind entweder direkt auf der Platine der LED-Module angebracht, wie zum Beispiel bei LED-Lampen. Oder sie bilden eine separate Komponente. In diesem Fall sind sie integrierter Bestandteil der Leuchte, auswechselbares Einbau-Gerät oder außerhalb der Leuchte angebracht.
  • Alle Komponenten des LED-Systems müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein. Nur dann kann das hohe Potenzial der LED auch genutzt werden.

Grundlagen der Dimmung von LEDs

  • LEDs lassen sich nicht so einfach stufenlos dimmen wie z.B. Glüh- oder Halogenlampen.
  • Glüh- oder Halogenlampen arbeiten mit 230 Volt-Wechselspannung und können durch verringern der Versorgungsspannung problemlos gedimmt werden.
  • LEDs arbeiten mit Gleichstrom; demnach ist immer ein elektronisches Betriebsgerät vorgeschaltet, die den Gleichstrom liefert. Zum Ansteuern elektronischer Betriebsgeräte sind konventionelle Dimmer nicht geeignet. Zudem bieten LEDs nicht genügend Grundlast, die ein herkömmlicher Dimmer benötigt, um die Helligkeit einwandfrei zu regulieren.
  • Grundsätzlich lassen sich nur die LEDs dimmen, die seitens des Herstellers als „dimmbar“ gekennzeichnet sind. LED-Leuchten ohne diese Kennzeichnung sind in der Regel nicht dimmbar. Das gilt auch für alle Retrofit-LED-Lampen, die sich direkt in Glühlampenfassungen einschrauben lassen.

Pulsweitenmodulation (PWM)

  • In Gleichstromkreisen wird die Helligkeit häufig über die sehr effiziente Methode der „Puls-Weiten-Modulation“ (PWM) gesteuert. Anstatt die Spannung abzusenken, wird hier der Stromfluss durch die LED im Rhythmus einer bestimmten Taktung unterbrochen.
  • Das bedeutet, dass die LED mit sehr hoher Frequenz unterschiedlich lange ein- und ausgeschaltet wird.
  • Je länger die Ausschalt-Phasen (Stromlücken) sind, desto niedriger wird der effektive Versorgungsstrom durch die LED und die damit wahrgenommene Helligkeit.
  • Die PWM-Frequenz liegt dabei im Bereich von 100 Hertz (etwa 100 mal pro Sekunde) so bemessen, dass für das menschliche Auge kein erkennbares Flimmern entsteht. 
  • Die Vorteile des Dimmens durch Puls-Weiten-Modulation gegenüber analogen Dimm-Methoden sind vor allem bei niedrigen Helligkeitswerten sichtbar. Selbst bei sehr niedrigen Dimmwerten sind kaum Helligkeits-unterschiede sowie Farbverschiebungen zwischen den einzelnen LEDs wahrnehmbar.

Anwendung von Phasendimmern

  • Für LED-Leuchten oder Lampen mit integriertem elektronischen Betriebsgerät eignen sich sogenannte Phasendimmer (Phasenan- und Phasenabschnittsdimmer. Beide Methoden stellen eine Form der Puls-Weiten-Modulation dar, sind einfach zu installieren und sind sofort betriebsbereit.
  • Phasenabschnittsdimmer eignen sich in der Regel besser, da sie mit sehr geringen Lastströmen zurecht kommen und sich von den komplexen elektrischen Verhalten der verschiedensten LED-Typen kaum beeinflussen lassen.
  • Die Mindest-Grundlast sollte gleich oder geringer sein als die Leistungsaufnahme der dimmbaren LED-Lampen. Wenn also in einem Dimmer-Stromkreis drei LEDs à 4,5 Watt geschaltet sind (insgesamt 13,5 Watt), müsste ein Dimmer mit 10 Watt Mindestlast problemlos funktionieren.
  • Die Auswahl des richtigen Dimmers ist sehr wichtig, da es mittlerweile die unterschiedlichsten Modelle von unzähligen Herstellern gibt.
  • Das Ergebnis hängt allerdings immer von der spezifischen Auslegung des Betriebsgerätes (Treiber) ab. Weil diese für den Anwender nicht als bekannt vorausgesetzt werden kann, ist auch das Resultat nicht vorhersehbar. Es ist nicht auszuschließen, dass es in manchen Fällen zu flimmernden Licht oder unerwünschten Störgeräuschen kommt.

Welches ist der richtige Dimmer?

  • Die gut funktionierenden Kombinationen zwischen LED-Lichtquellen und Dimmertyp können meistens den Herstellerdatenblättern der Leuchtenanbietern entnommen werden.
  • Wir empfehlen für Ihre Produkte beispielsweise folgende Dimmertypen:

Vor- und Nachteile von LEDs im Überblick

Ökobilanz der LED

  • LEDs haben einer Vergleichsuntersuchung der Stiftung Warentest zufolge die beste Gesamt-Ökobilanz aller energiesparenden Beleuchtungsformen.
  • Dazu wurde der gesamte Lebenszyklus der LED betrachtet; angefangen von der Energie und den Rohstoffen die bei der Produktion, der Nutzung und der Entsorgung verbraucht werden und wie stark dies die Umwelt belastet.

Umwelt und Entsorgung

  • Im Gegensatz zur Energiesparlampe, beinhaltet die LED kein Quecksilber. Wenn die Lampe zu Bruch geht, werden also keine Schadstoffe freigesetzt.
  • Obwohl die LED demnach nicht schädlich ist, darf sie nicht einfach in den Hausmüll geworfen werden.
  • Dies liegt an den elektronischen Bauteilen, die LED-Leuchten und Lampen enthalten und für die es rechtliche Bestimmungen zur Entsorgung gibt.
  • Nach dem Elektrogesetz (ElektroG) werden sie nämlich als Elektroaltgeräte eingestuft und müssen entsprechend fachgerecht entsorgt werden.

 

FAZIT

  • Die technologischen Grenzen der LED sind noch längst nicht erreicht und die Nutzung ihrer vielfältigen Möglichkeiten noch längst nicht erschöpft.
  • Das Entwicklungstempo lässt nicht nach, sondern steigert sich eher noch. Lichtausbeute und Lichtqualität werden stetig verbessert und ermöglichen immer neue Lichtkonzepte.

 

Lampen und Leuchten: Erhellen das Heim, verlängern den Tag, verlängern das Leben ...


Mit natürlichem Licht werden wir nicht gerade verwöhnt: Nah am Äquator "schafft" die Sonne eine Globalstrahlung von 1.200 - 2.000 kWh pro m² und Jahr, bei uns nur 1.000 - 1.600 (letztere irgendwo hoch in den Alpen) ... Durchschnittswerte, maßgeblich beeinflusst durch die geringe Menge an Tageslicht im Winter.

Lampen sind in unserem Klima nicht nur nette Designelemente, sondern wie brauchen sie unbedingt in unseren Wohnstätten. Im Sommer nur frühmorgens oder spätabends, während wir im Winter große Teile des Tages nur erleben, wenn der Tag künstlich erhellt wird. Insofern verlängern Leuchten tatsächlich den Tag (zum Leben siehe unten); vor allem kommt kein Schweizer darum herum, seine Wohnstätte mit einer beträchtlichen Menge Lampen auszustatten.

Die Funktionen der Beleuchtung

Leuchten bringen Licht ins Heim und beeinflussen unseren Alltag dadurch in mehrfacher Hinsicht: 

Sie erhellen unser Umfeld, an jedem Ort im und am Haus mit genau so viel Helligkeit, wie dort benötigt wird. Jede Arbeit geht leichter von der Hand, wenn genug Licht zur Verfügung steht,; manche Arbeit lässt sich überhaupt nur an einem gut beleuchteten Arbeitsplatz verrichten.

An vielen Stellen in und vor dem Haus erhöht Licht Ihre Sicherheit. Licht hilft Kindern und alten Menschen sehr dabei, sich unfallfrei durchs Haus zu bewegen. In Bezug auf das Wohnumfeld hat die Beleuchtung ebenfalls in mehrfache Bedeutung:

Leuchten sind wichtige Wohndesign-Gestalter

Lampen werden in jedem Raum der Wohnung gebraucht; meist sogar mehrere pro Raum, wenn Ihnen überall und bei jeder alltäglichen Verrichtung ausreichende Helligkeit zur Verfügung stehen soll. Jede Leuchte ist ein kleines, aber auffälliges Designelement, meist prägt die Beleuchtung das persönliche Wohndesign in einem sehr viel größeren Umfang als die eigentliche Einrichtung: Möbel werden meist in einem eher ruhigen Stil gewählt, während die "Kleinigkeiten" Charakter zeigen dürfen.

Gut, dass Sie aus verschiedenen Lampen mit ganz unterschiedlicher Ausstrahlung wählen können: 
- Innenleuchten und Aussenleuchten
- Strahler und Einbaustrahler und Spots
- Wohnzimmerleuchten und Büroleuchten
- Küchenleuchten und Badezimmerleuchten
- Kronleuchter und andere Vintage-Leuchten

Lampen gestalten auch ihr Umfeld

Auffällige Designelemente sind Lampen auch deshalb, weil sie "nicht nur einfach da sind". Gerade dann, wenn sie gebraucht werden, machen sie durch ihr Leuchten auf sich aufmerksam, was auch im Umfeld etwas bewirkt: Möbel und Wohn-Accessoires, die im Lichtkegel einer Lampe liegen, "erscheinen uns in einem anderen Licht". Das aus dieser Tatsache abgeleitete Sprichwort verdeutlicht es fast besser als die Tatsache an sich: Was auch immer die Dinge in einem anderen Licht erscheinen lässt, verändert die Dinge, sodass sie anders auf uns wirken.

Damit hat die Beleuchtung einen sehr viel größeren Einfluss auf das Wohndesign, als uns gewöhnlich bewusst ist: Mit Entscheidung für ein bestimmtes Aussehen einer Lichtquelle nehmen Sie Einfluss auf deren unmittelbare Wirkung; durch die Auswahl des Aufstell- oder Aufhängeorts und der Leuchtmittel beeinflussen Sie die mittelbare Wirkung, die das Licht auf den Rest Ihrer Einrichtung ausübt. Apropos Leuchtmittel und Lichtquellen: 

Wer leuchtet hier eigentlich? Die Leuchte und die Lampe

Die Lampe ist nach dem griechischen "lampás" = "Fackel" benannt. Dementsprechend heißt für Fachleute der Teil der Leuchte Lampe, der das Licht erzeugt (das Leuchtmittel). Umgangssprachlich werden mehr Leuchten Lampen genannt als Lampen ... aber bei der Glühlampe stimmt es wieder.

Für die Profis ist folgerichtig die Leuchte die Lampe (die Vorrichtung, die das Leuchtmittel aufnimmt und zum Leuchten bringt). Für manche ist die Leuchte ein besonders kluger Mensch ... ziemlich verwirrend, oft lassen sich Lampe und Leuchte auch gar nicht trennen (Öllampe und Karbidlampe, die richtig nach ihren Leuchtmitteln heißen, bei uns aber die Vorstellung ganz bestimmter Formen von Leuchten hervorrufen). Sollen sich Leuchten in Sprachwissen darum kümmern, hier werden Menschen informiert und nicht Leucht-Anwärter (nette, aber nicht zutreffende Bezeichnung für Beleuchtungs-Profis); also geht es jetzt um:

Lampenfamilien: Beleuchtung auf den Punkt gebracht

Lampenfamilien fassen Lampen nach Ort des Wirkens zusammen, ihre Auswahl beeinflusst die mittelbare Wirkung auf die Umgebung (obwohl Lampen einer bestimmten Lampenfamilie auch in Form und Gestalt gewisse Ähnlichkeiten aufweisen).

Es erleichtert die Lampenauswahl beträchtlich, wenn Sie die verschiedenen Lampenfamilien und deren jeweilige typische Wirkung auf die Umgebung kennen:
- Deckenleuchten sind dazu da, den ganzen Raum auszuleuchten.
- Hängelampen leuchten ebenfalls Räume aus, allerdings "einen Stock tiefer" mit anderer Lichtwirkung.
Stehleuchten sind die Arbeiter unter den Lampen, am festem Platz oder Fernsehcouch oder dort, wo sie gebraucht werden.
- Tischleuchten sind die Zeitarbeiter unter den Leuchten, die jederzeit jede gewünschte Stelle der Wohnung ins rechte Licht rücken ... 
Wandleuchten "erledigen den Rest", Punktbeleuchtung nah und fern. 

Jede dieser Leuchten wird in vielfältigen Designs passend zu jedem Wohnstil angeboten; traditionell, ziemlich ausgeflippt, aufregend, skulptural ...

Qualität lohnt sich, gerade bei der Beleuchtung

"Form follows function", all die schönen Lampen und Leuchten müssen jeweils in die Form gebracht werden, die den zugedachten Funktionen am besten dient, was erhebliche Entwicklungszeit erfordert.

Diese Zeit nehmen sich größere Qualitätshersteller, bei denen "stimmt die Lampe dann aber auch", z. B. bei unseren Lampen folgender Hersteller: Anta, Belux, Luceplan, Philips, Shine, Slamp, Toplight, Tecnolumen.

Hartes Licht, weiches Licht: Auf die Leuchtmittel kommt es an

Es gibt unterschiedliche Leuchtmittel; die Auswahl der richtigen LED oder Energiesparlampe kann Funktionalität und Wohlfühlfaktor Ihres Wohnumfelds erheblich steigern.

Wenn Sie sich für die Gruppe der Leuchtmittel entschieden haben, sind noch Details wie Leistung, Betriebsspannung, Sockeltyp, Lichtausbeute, Lichtstärke in Raumwinkeln, Lichtfarbe und Farbwiedergabeindex zu beachten, und Sie haben das perfekte Leuchtmittel für den jeweiligen Zweck ausgesucht. Eine Wissenschaft für sich und ein Argument für Lampenkaufbeim Qualitätshersteller, der sich Gedanken über das optimale Leuchtmittel für seine Lampe macht.

Kann Licht wirklich das Leben verlängern?

Helles Licht hellt die Stimmung auf, gute Stimmung verlängert das Leben. Künstliches Licht kann das Wohlbefinden von Menschen erhöhen, im medizinischen Bereich passiert hier gerade viel.

Für normale Wohnbeleuchtung gilt: Ein gut beleuchtetes Heim wirkt gemütlicher als dunkle Wohnräume. Warmes Licht wirkt angenehm und freundlich, auch "untherapeutische" Helligkeit hebt die Stimmung, je schöner die Lichtquelle selbst ist, desto mehr.