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Physikalische Grundbegriffe & Allgemeine Begriffe in der LED-Technologie

Physikalische Grundbegriffe


Licht – Luminare – elektromagnetische Welle

Licht - elektromagnetische Welle

Im sichtbaren Bereich herrschen 380 nm und 780 nm die sich mit Lichtgeschwindigkeit von 299792458 m/s ausbreiten.

Quelle: Licht

Lichtstrom

Engl. Luminous Flux gibt an, welche Lichtmenge von einer Lichtquelle (Leuchtmittel) in der Zeiteinheit erzeugt wird. Seine Si-Einheit ist das Lumen.

Ulbricht-Kugel SETOLITE

Merke: Lumen (Lichtstrom) kann nur durch entsprechende Messvorrichtungen gemessen werden.

Quelle: Lichtstrom

Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke auf einer beleuchteten Fläche gibt an, welcher Lichtstrom in Lumen auf eine Flächeneinheit in Quadratmetern fällt.

1 Lux = 1 Lumen / 1 qm

Merke: Die Beleuchtungsstärke (Lux) kann mit einem einfachen Messgerät, welches bereits für wenige Euros erhältlich ist, gemessen werden.

Quelle: Beleuchtungsstärke

Wirkungsgrad LOR

Maß der Effizienz von Energiewandlungen und Übertragungen. Es wird das Verhältnis der Nutzenergie (Eab) zur zugefügten Energie (Ezu) beschrieben.

n = Eab / Ezu

Das Ergebnis liegt zwischen 0 und 1 als Dezimalzahl die auch in Prozent ausgedrückt werden kann. Beispiel:  η = 0,5 entspricht 50%

In der Lichttechnik spricht man von LOR (Wirkungsgrad der Leuchte) = Light – Output – Ratio

LOR = Real Lumen / Herstellerangaben der LED in Lumen

Quelle: Wirkungsgrad

Real Lumen

Real Lumen ist der tatsächliche Lichtstrom der Leuchte und nicht des Leuchtmittels!

Merke: Da es bislang keine gesetzliche Regelung gibt, werben fast alle Hersteller ausschließlich mit dem Lichtstrom (Lumen) des Leuchtmittels. Damit ist keine Beurteilung der Leuchte möglich! Um eine Aussage zum Produkt machen zu können, benötigen Sie zwingend den Wirkungsgrad (LOR) der Leuchte oder den tatsächlichen Real Lumen Wert der Leuchte oder den Leuchten Wirkungsgrad η (LOR).

Beispiel: Glas, Reflektion im Gehäuse, Verschattung, Eintrübungen in Kunststofflinse etc. hemmen den Transmissionsgrad, d.h. das Licht geht „verloren“.

Transmission / unter Optik

Messbeispiel im Versuchsaufbau:

Transmission ohne Gehäuse
ohne "Gehäuse" 657 Lux
Transmission mit Gehäuse
Mit "Gehäuse" 498 Lux

η LOR (Wirkungsgrad) = 498 Lux / 657 Lux = 0,758 oder 75,8%

Hier sehen Sie, dass fast 25% des Lichtes verloren gehen. Wärme drückt zusätzlich den Wirkungsgrad erheblich nach unten! Deshalb sollten vor einem Messvorgang die Leuchten min. 1 Stunde vorher eingeschaltet sein. Wirkungsgrade (LORs) unter 50% sind keine Seltenheit.

Quelle: Transmission

Lichtfarbe

Farbeindruck der von Licht das direkt von einer selbstleuchtenden Lichtquelle stammt.

Warm weiß = unter 3000 °K
Neutral weiß = 3300 – 5300 °K
Tageslicht weiß = über 5300 °K

Quelle: Lichtfarbe

Farbwiedergabeindex

Ra oder engl. CRI (Color – Rendering – Index)
Kennzahl einer photometrischen Größe, die die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher korrelierter Farbtemperatur beschreibt.

Merke:
Der Ra-Wert (CRI) ist eine fundamentale Größe in der Lichttechnik, da dieser eine Qualitätsaussage über das Licht macht. In der Arbeitsstättenrichtlinie EN 12464 sind Ra oder CRI Werte vorgegeben, z.B.

  • CRI 90+ in medizinisch genutzten Räumen
  • CRI 80+ im Office Bereich

Quelle: Farbwiedergabeindex

Leistung

Die elektrische Leistung wird in Watt angegeben.

1 Volt (Spannung) x  1 Ampere (Strom) = 1 Watt

Quelle: Leistung

Lumen / Watt

In der Lichttechnik auffallend bei der LED-Technologie wird gerne die Lumen / Watt beworben z.B. 100 Lumen / Watt.

Merke: Dieser Wert sagt nur etwas über das Leuchtmittel (der verbauten LED) und nicht über die Leuchte aus! Ohne Wirkungsgrad (LOR) der Leuchte ist es unmöglich Rückschlüsse auf die Effizienz des Produktes zu ziehen.


Allgemeine Begriffe in der LED-Technologie


LED

„Light-Emitting-Diode“ Halbleiter - ein elektronisches Bauelement

Power LED

LEDs in der Größenordnung ab 1 Watt

LED Array

Ansammlung vieler LEDs mit geringer Leistung um die entstehende Wärme besser zu verteilen bzw. abzuleiten. LED-Arrays haben in der Regel schon von Hause aus ein Vielfaches an Kühlfläche als Power LEDs.

Weiße LED

Weiße LEDs sind ursprünglich blaue LEDs mit einer darüber befindlichen Lumineszenzschicht. Diese Schicht ist verantwortlich für den weißen Farbton (warm weiß bis Tageslicht weiß) aber auch für den CRI, den Farbwiedergabeindex (siehe physische Grundbegriffe).

RGB LED

Das sind LEDs, die aus 3 unterschiedlichen Kristallen gefertigt werden, die wiederum 3 unterschiedliche Farben (rot – grün – blau) erzeugen. Mit spezieller Elektronik sind damit bis zu 2 Millionen Farben mischbar, auch alle vorstellbaren Weiß-Töne. Leistungstechnisch sind jedoch RGB-LEDs begrenzt.

Quelle: LED

Leuchtmittel

LEDs, Glühlampen, Röhren, etc. sind elektrische Verbraucher mit dem Licht erzeugt werden kann.

Quelle: Leuchtmittel

Licht

Licht ist der für das Auge der sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung.

Das für den Menschen sichtbare (Licht) Spektrum

Quelle: Licht

Kaltlicht

Licht mit stark reduziertem Infrarotanteil  (bei LED-Beleuchtung ist das der Fall, jedoch gibt der LED-Kristall 50-80% Wärme ab, so dass ab ca. 1 W mit Kühlrippen oder aktiver Kühlung (Lüfter) gearbeitet werden muss).

Quelle: Kaltlicht

Lebensdauer

In der LED-Technologie wird die mittlere Lebensdauer der LED in der Regel mit 50.000 Stunden angegeben, d.h. dass nach dieser Zeit der Lichtstrom im Mittel auf 70% des Anfangswerts abgesunken ist.

Quelle: Lebensdauer_in_Einschaltstunden

Effizienz

steht für Sparsamkeit, Qualität, Wirtschaftlichkeit

Quelle: Energieeffizienz

Energieeffizienz

steht für Wirksamkeit, Effektivität (Maß der Wirksamkeit, Wirkungsgrad)

Quelle: Energieeffizienz

Lichtverschmutzung

Bezeichnet die Aufhellung des Nachthimmels durch Lichtquellen. Neben dem unnötigen Energieverbrauch der immens hoch ist, teilweise über 50%, da das Licht nicht gerichtet ist und frei in den Himmel strahlt, hat es auch gewaltige negative Wirkungen auf lebende Organismen.

Quelle: Lichtverschmutzung