Farbortverschiebung bei LEDs Warum Weiß nicht immer gleich weiß ist

Farbortverschiebungen von LEDs 
werden vor allem auf weißen Wänden deutlich sichtbar
Farbortverschiebungen von LEDs werden vor allem auf weißen Wänden deutlich sichtbar

Jeder Planer kennt diese Situation: Zwei LED-Leuchten des gleichen Herstellers, mit der gleichen Artikelnummer und der gleichen Farbtemperatur – aber im direkten Vergleich ein sehr unterschiedlicher Farbeindruck. Wie kann das sein? Und wie kann der Planer eine solche Überraschung vermeiden?

Von Klaus Bieckmann, Teamleiter Lighting Design and Technology, Dial GmbH

Die Farbdrift von LEDs ist eine spezielle Herausforderung bei der Verwendung von LED-Leuchten. Besonders wenn man eine weiße Wandfläche beleuchtet, werden Farbortverschiebungen schnell sichtbar. Das ist sowohl für den Planer, als auch für den Kunden ärgerlich. Der erste Reflex: Hier wurden fälschlicherweise Produkte mit unterschiedlichen Artikelnummern geliefert. Doch in der Regel ist dies nicht die Ursache.

Zwei Begriffe helfen im ersten Schritt der Aufklärung weiter: Die »Farbtemperatur« und die »ähnlichste Farbtemperatur«.

Die Farbtemperatur beschreibt den Farbeindruck einer Weißlichtquelle. Eine hohe Farbtemperatur wird als kaltweiß bezeichnet, der Farbeindruck des Lichts ist eher bläulich. Eine niedrige Farbtemperatur wird als warmweiß beschrieben, hier ist der Farbeindruck eher gelblich. Die Einheit, die die Farbtemperatur beschreibt, ist Kelvin (K). 273,15 K entsprechen umgerechnet 0 °C, wobei die Differenz von 1 °C exakt der Differenz von 1 K entspricht.

Bei Temperaturstrahlern (z.B. Glühlampen) entspricht die Farbtemperatur des sichtbaren Lichts annähernd der Temperatur der Wendel im jeweiligen Betriebszustand. Erhitzt man die Glühwendel auf ca. 1700 °C, besitzt das Licht eine Farbtemperatur von ca. 2000 K. So lange es sich um Temperaturstrahler handelt, ist die Farbtemperatur relativ exakt reproduzierbar.

Bei weißen LEDs ist das jedoch nicht der Fall, was daran liegt, dass hier ein anderes Prinzip der Lichterzeugung angewandt wird: Die Farbtemperatur des Lichts wird erzeugt, indem Leuchtstoffe kurzwellige in langwelligere Strahlung umwandeln und sie additiv mischen.

Um trotzdem eine Farbtemperatur angeben zu können, bedient man sich eines Hilfskonstrukts, der »ähnlichsten Farbtemperatur« (Correlated Colour Temperature, kurz: CCT). Vereinfacht gesagt wird hierbei das Licht der LED-Lichtquelle mit dem Licht eines Temperaturstrahlers verglichen. Ist der Farbeindruck der LED-Lichtquelle ähnlich der des Temperaturstrahlers, wird die Farbtemperatur des Temperaturstrahlers als »ähnlichste Farbtemperatur« für die LED-Lichtquelle angegeben.

Und genau hier liegt das Problem: »Ähnlich« ist nicht »identisch«…

Dazu Bild 1: In der Mitte (Fläche B) befindet sich die Referenzfläche mit einem bestimmten Farbwert (hellblau). Die Flächen A und C sehen im direkten Vergleich »ähnlich« aus wie die Referenzfläche. Es fällt nicht schwer, sie also ebenfalls als »hellblau« zu bezeichnen.

Problematisch wird es, wenn man die beiden ähnlichen Farben A und C direkt miteinander vergleicht (Bild 2): Hier wird ein deutlicher Unterschied sichtbar, und es fällt schon schwerer, eine Ähnlichkeit zu erkennen und beide Farben als »hellblau« zu identifizieren. Die Abweichung zwischen den sichtbaren Unterschieden der »ähnlichsten Farbtemperatur« wird bei LEDs leider häufig besonders deutlich. Der Planer kann sich kaum darauf verlassen, bei identischen Artikeln oder selbst bei gleichen Chargen, identische Lichtwirkungen zu erhalten.

Die Ursache für die Abweichung liegt im Herstellungsprozess der LEDs. Dort treten fertigungsbedingt Schwankungen auf, die man versucht, durch einen Auswahl- und Sortierungsprozess zu kompensieren. Die LEDs werden nach der Produktion einem so genannten »Binning« unterzogen. Dabei erfolgt eine Selektion der produzierten LEDs in verschiedene Klassen oder auch »Behälter« (engl. »bin«). Die Art der Einteilung und die Definition der Größe eines Bins werden von jedem LED-Hersteller unterschiedlich definiert.

Der Leuchtenhersteller hat die Wahl, aus welchem Binning er die LEDs für seine Leuchten bezieht. Ein sehr feines Binning führt dazu, dass man möglicherweise keine relevanten Unterschiede im Farbeindruck der Leuchten wahrnimmt. Allerdings ist dies wiederum sehr teuer, weil ja nur eine geringe Stückzahl von produzierten LEDs für die Produkte in Frage kommt. Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass das Binning nicht nur in Bezug auf den Farbort, sondern auch in Bezug auf den Lichtstrom, die Farbwiedergabequalität oder weitere Parameter vorgenommen wird.

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