Informieren Sie sich über LEDs

Die Auswahl von LEDs mit den richtigen Eigenschaften und im richtigen Format für die Zielanwendung ist wichtig. Die Kosten dürfen nicht der einzige Antriebsfaktor sein.

 

Von Lance Hemmings, Global Product Group Manager, RS Components

 

LEDs verbreiten sich immer stärker für viele Beleuchtungsanwendungen sowohl im Innen- als auch im Außenbereich. Für Neubauten und Vollsanierungen von Einzelhandelsräumen, gekühlten Auslagen, Restaurants, Museen und Galerien sowie Flugzeugen wird die Verwendung von LEDs stets berücksichtigt und setzt sich weitgehend durch.

 

Der Nachrüstmarkt hat die Vorteile etwas langsamer erkannt. In einigen Sektoren wurde erkannt, dass die niedrigeren Betriebskosten und längere Lebensdauer ausreichend überzeugende Argumente dafür sind, die Umstellung auf LEDs zu wagen – trotz höherer Anschaffungskosten. So zum Beispiel für Straßenbeleuchtungen im Rahmen der Initiative „Intelligente Stadt“. Der Durchschnittsbürger, der mit einem Preis von 20 EUR für eine LED-Birne konfrontiert wird, um eine Glühbirne von 2 EUR zu ersetzen, wird sich nicht so leicht durch die Berechnungen eines Verkäufers zu den Kosteneinsparungen im Hinblick auf die Lebensdauer überzeugen lassen.

 

Während die Kosten also weiterhin ein Thema sind, findet durch die Qualität des von LEDs erzeugten Lichts ein Umschwung statt und die Verwendung von LED-Beleuchtung wird weiter angetrieben. Die Lichtqualität wird durch eine Reihe von Faktoren, einschließlich Farbtemperatur, Farbwiedergabeindex (CRI), Helligkeit und Konsistenz bestimmt.

 

Die Farbtemperatur ist das, was wir als warmes, neutrales und kühles Licht wahrnehmen. Zunächst ist festzustellen, dass reines Weiß aus einer Mischung von rotem, grünem und blauem Licht erzeugt wird. Das menschliche Auge ist hochsensibel für Farbänderungen und reagiert darauf weitaus empfindlicher als auf kleine Helligkeitsänderungen. Wenn mehr blaues Licht in der Mischung verwendet wird, wird das entstehende Weiß kühler, was durch einen höheren korrelierten Farbtemperatur (CCT)-Wert von 5000 bis 8500 K dargestellt wird. Weniger Blau oder mehr Rot ergeben ein warmes Weiß mit einem niedrigeren gemessenen CCT-Wert (2600 bis 3700 K). Neutrales oder natürliches Weiß ist typischerweise 3700 bis 5000 K.

 

Der Farbwiedergabeindex (CRI) ist das Maß der Fähigkeit einer Lichtquelle, eine farbtreue Wiedergabe zu erzielen. Die meisten von uns haben wahrscheinlich schon einmal einen Bekleidungsartikel in einem Shop gekauft und draußen erkannt, dass die Farbe bei Tageslicht ganz anders erscheint. Der Grund dafür ist die schwache Farbwiedergabe von gewöhnlichen fluoreszierenden Lichtquellen. Ein hoher und gleichbleibender CRI ist besonders wichtig, um sicherzustellen, dass bei Senkung der Lichtintensität die Hauttöne natürlich bleiben.

 

Zum Vergleich: natürliches Licht hat einen CRI von 100, während die alten gelben Natriumdampf-Straßenlampen über einen CRI von 0 verfügen. Glühlampen haben einen CRI von über 95 und geben die meisten Farben, außer Dunkelblau, einigermaßen gut wieder. Halogenlampen haben einen CRI von ungefähr 90 oder besser. Kaltweiße fluoreszierende Lampen haben einen CRI von 62 und Kompaktleuchtstofflampen ungefähr 80.

 

Der CRI von LEDs variiert in Abhängigkeit von der Technologie und hat sich in den letzten Jahren stetig verbessert. Unternehmen wie Osram und Philips können einen typischen CRI von 95 bei bis zu 4000 K für warmweiße LEDs erreichen. Bei 5000 K stellen dieselben Lieferanten sowie Unternehmen einschließlich Cree, Rohm und Sharp LEDs mit CRI-Werten von 80 oder besser her – einige sogar von 90 bis 93. Aber in Bezug auf kaltweiße LEDs mit 6500 K und höher kann der CRI niedriger ausfallen, wobei 80 bis 82 das Maximum ist.

 

Die Farbkonsistenz ist ein weiterer entscheidender Faktor in der LED-Beleuchtung. Die Hersteller produzieren LEDs, die eine bestimmte CCT erfüllen, es kann aber nicht immer garantiert werden, dass Bausteine aus unterschiedlichen Lieferungen präzise die gleiche Farbe erzeugen. Natürliche Material- und Prozessabweichungen können den Farbwert und den Lichtstrom beeinflussen. Um die beste Konsistenz zu erreichen, sortieren die Lieferanten ihre Produkte in Behälter mit Einheiten innerhalb eines schmalen angegebenen CCT-Bereichs. Einheiten aus größeren Behältern, die beispielsweise weitgehend als warm, neutral und kühl-weiß bezeichnet werden, sind weniger teuer.

 

Die Farbe kann sich auch bei höheren Betriebstemperaturen ändern. Nochmals, einige Hersteller stufen ihre Produkte in eine Leistungsstufe für höhere Temperaturen ein – typischerweise 85 °C. Der Aufpreis für die richtige Anwendung kann daher sehr wohl akzeptabel sein.

 

Der LED-Markt mag abschreckend erscheinen, mit Hunderten von Lieferanten weltweit und Zehntausenden von Gerätefamilien sowie -modulen. Die wichtigsten technischen Angaben, die bei einem neuen Lichtdesignprojekt zu beachten sind, sind die Folgenden: CRI, CCT, Lichtstrom (Lichtabgabe), Wirksamkeit (lm/W), Durchlassspannung und Betrachtungswinkel. Einige dieser Aspekte werden in einer Auswahl von Anwendungen nachstehend zusammengefasst.

 

Die Art der Beleuchtung

Bei Anwendungsbereichen, wie zum Beispiel in Museen und Kunstgalerien ist die genaue Farbwiedergabe entscheidend. Typischerweise muss eine Museumsbeleuchtung einen CRI von 90 oder besser bei einem CCT von 2700 bis 3000 K liefern. Zudem muss sie abblendbar sein. Eine ideale Lichtquelle liefert dasselbe Spektrum, unabhängig von der Helligkeit.

 

Lebensmittelauslagen und Kühleinheiten profitieren von LEDs mit ausgewähltem CRI und CCT und stellen dadurch Lebensmittel und Verpackung attraktiver dar. Kühlere Farben um 5600 K werden üblicherweise für Gefrierschränke mit warmem Weiß (3000 bis 4000 K) zur Ausstellung von Fleisch verwendet. Gemüse sieht am besten unter einer Beleuchtung mit hohem CRI aus.

 

Bitte beachten Sie, dass die Glühbirnen üblicherweise einen gelben Farbton haben, wobei eine Senkung der Leistung dazu führt, den gelben Effekt zu verstärken. Des Weiteren geben Glühbirnen UV und IR ab, was sensible Kunstwerke beschädigen und zum schnelleren Verderben von Lebensmitteln führen kann. Filter können verwendet werden, erhöhen aber die Kosten. Im Gegensatz hierzu liefern die heutigen LEDs ein gleichmäßigeres Spektrum, während die abblendbaren LEDs dieselbe Farbe bei niedriger Intensität beibehalten.

 

Betrachten Sie nun gastgewerbliche Umgebungen wie Hotels, Restaurants und Bars sowie Eigenheime. Beim Abblenden von Halogenlampen bleibt der CRI gleich, aber die Farbtemperatur ändert sich, wodurch sie ein wärmeres, ruhigeres Gefühl vermittelt. Die Menschen erwarten, dass Lampen so abblendbar sind. Normalerweise gibt es wenig Farbtemperatur-Änderung beim Abblenden von LEDs. Daher müssen für diese Anwendungsart LED- und Abblendschemen ausgesucht werden, bei denen sich die Farbtemperatur beim Abblenden ändert.

 

Es entstehen vielfältige Lösungen, wie beispielsweise Farbmischung mithilfe einer abstimmbaren Farbton-Abfolge mit verschiedenen Farbtemperaturen und sorgfältig angepasster sekundärer Optik. Angeblich liefern Kompaktstrahler das beste Ergebnis. Die Steuerungselektronik hat selbstverständlich eine entscheidende Rolle in der Steuerung des Abblendens und der Farbanpassung.

 

Hoch hinaus

Ein wichtiger Anreiz von LEDs ist die Möglichkeit zur dynamischen Steuerung und Anpassung, wodurch Lichtintensitäten und Farbtemperatur nach Bedarf angepasst werden können. Sie ist ebenfalls ein wichtiger Faktor in Bezug auf die niedrigeren Leistungsanforderungen vieler Anwendungsbereiche, beispielsweise Straßen- und Außenbeleuchtung, Not- und Sicherheitsbeleuchtung.

 

Die Flugzeugindustrie hat die Verwendung von LEDs eingeführt, da sie sich im Fluggastraum als besonders attraktiv erweisen. Die Steuerbarkeit von Lichtintensitäten und CCT erzeugt eine verbesserte Ästhetik sowie einen höheren Fluggastkomfort. Denken Sie an einen Langstreckenflug, der am Nachmittag beginnt, wobei der Fluggastraum mit naturnahem Tageslicht beleuchtet wird. Zur Essenszeit wird es abgeblendet, um eine wärmere, weniger intensive Beleuchtung zu erzeugen. Wenn der Flug sich seinem Ziel nähert und das Flugbegleitpersonal die Passagiere auf die Landung vorbereiten muss, kann die Beleuchtung im Fluggastraum stufenweise aufgehellt werden, um Dämmerung zu simulieren. So ist es viel angenehmer, als durch eine plötzlich hell werdende Beleuchtung grob aufgeweckt zu werden!

 

Studien haben gezeigt, dass dieser Ansatz zur Senkung der Müdigkeit und des Ausmaßes eines Jetlags beiträgt. Er wird auch in Krankenhäusern zur Unterstützung der Genesung nach Eingriffen angewendet. Tageslicht simulierende LED-Lichtkästen zur Bekämpfung von Winterdepression werden währenddessen immer beliebter.

 

Schmaler Strahl, breiter Bereich

Betrachten wir nun kurz einige typische LED-Produkte und die Anwendungen, in denen sie verwendet werden können. Während Schmalstrahl-Geräte für einige Anwendungsbereiche bestens geeignet sein können, besonders wenn sie in großer Anzahl verwendet werden, erfordern Beleuchtungsszenarien wie beispielsweise Flutlichter einen weiten Betrachtungswinkel, der ein einheitlicheres Strahlungsmuster erzeugt.

 

Osram Opto Semiconductor entwickelte eine Reihe von LEDs mit einem Betrachtungswinkel von 150 ozur Verwendung in Flutlichtern oder in Kombination mit sekundären Reflektoroptiken. Die Oslon SSL 150 ist eine 1-W-Hochleistungsreihe mit CCT-Werten von 2700 K bis 5000 K und einem typischen CRI von 90 bis 96, wobei auch einige CRI-Versionen von 70 und 83 erhältlich sind. Die Geräte bieten eine hohe Wirksamkeit von bis zu 125 lm/W und können einzeln auf Rollen oder in Anordnungen und Clustern montiert erworben werden.

 

Für Anwendungsbereiche, die höchste CRI-Werte erfordern, können LEDs aus der Oslon-Reihe von Osram Opto mit einem CRI-Wert von 95 und CCTs von 2700 K bis 4000 K ausgewählt werden. Für einen CCT von 5000 K bieten Cree und Rohm Geräte mit einem CRI-Wert von 90 oder 93. Die Xlamp-Reihe von Cree aus speziellen, streng ausgewählten Teilen mit 5000 K kann mit einer Durchlassspannung von bis zu 36 V und einer Wirksamkeit von 117 lm/W geliefert werden. Im Gegensatz dazu zeichnen sich die kostengünstigen LEDs von Rohm für allgemeinere Anwendungsbereiche durch eine Wirksamkeit von 61 oder 75 lm/W und eine Durchlassspannung von 3,3 V aus.

 

Aus mittelstarken LEDs (mit 0,1 bis 0,5 W), die von kostengünstigeren Einstiegsmodellen stammen, werden nun Formate mit Beleuchtungsqualität entwickelt, die gewöhnlich zur Erstellung von linearen Beleuchtungsmodulen verwendet werden. Mittelstarke LEDs werden näher beieinander angeordnet, um ein gleichmäßigeres Licht zu erzeugen. Im Vergleich dazu werden Hochleistungs-LEDs weiter auseinander platziert.

 

Die Reihe Ostram Duris ist ein klassisches Beispiel dafür, wie die ursprünglichen Duris-E3-Geräte für kostengünstigere lineare T5- und T8-Leuchtstofflampen in Stabform verwendet werden. Mit einem Strahlungswinkel von 120 o sind diese kostengünstigen Geräte mit CCT-Werten von 3000 bis 6500 K erhältlich und erzeugen eine homogene Lichtquelle. Beispielsweise hat die Version mit 5000 K einen CRI von 72 und eine Wirksamkeit von 110 lm/W. Die Reihe Duris P5 enthält hochwirksame Versionen für professionelle Innen- und Außenanwendungen. Die Reihe Duris S5 ist eine kompaktere Variante.

 

Sehen Sie sich die Webseite von RS Components an, um weitere Einblicke in die Palette an verfügbaren LEDs und den zugehörigen Merkmalen, die für Ihr Projekt erforderlich sind, zu gewinnen,. Zur Einschränkung der Auswahl von Farbe, CCT, Lichtstrom, Durchlassspannung und natürlich Lieferant, können Filter angewendet werden.