Startseite > Optoelektronik > LED/Lighting > Weißes Licht ist nicht gleich weißes Licht

LED-Beleuchtungstechnik

Weißes Licht ist nicht gleich weißes Licht

5. April 2012, 15:41 Uhr | Dipl.-Ing. Wolfgang Reis

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Drei Methoden für die Weißlichterzeugung

Bis jetzt gab es zwei verschiedene, weit verbreitete Methoden, weißes Licht mit LEDs zu realisieren. Der erste Ansatz kombiniert verschiedenfarbige LEDs (etwa Rot, Grün und Blau) in einem Cluster bzw. einem Multi-Chip-Gehäuse. Die drei gesättigten Spektralfarben sind am Rand des C.I.E.-Diagramms verteilt, ein verbindendes Dreieck umschließt den Bereich der mischbaren Farben einschließlich des neutralen Weißpunktes E. Mit dieser Anordnung können nahezu alle Farben erzeugt werden. Da es sich aber nur um ein dreifaches Linienspektrum und kein kontinuierliches handelt, ist nur ein kleiner Farbindex zu erwarten (CRI <50).

Die zweite Variante kombiniert einen blauen bzw. ultravioletten Chip mit Konverter-Materialien (Phosphor) und erreicht dadurch eine Lumineszenz-Umwandlung in weißes Licht. Diese Konversion ist die zurzeit am häufigsten verwendete Methode in der Allgemeinbeleuchtung. Der Farbwiedergabeindex (CRI) dieser LEDs liegt im Bereich zwischen 70 und 85. Neuere Entwicklungen verwenden eine komplexe Phosphormischung und erreichen dadurch einen Indexwert von 95, allerdings zum Preis einer niedrigeren Effizienz. Denn je wärmer (glühlampenähnlicher) das abgestrahlte Licht ist, desto niedriger ist die Lichtausbeute. Soll zudem eine gute Farbwiedergabe erreicht werden, sinkt die Energieeffizienz weiter.

Bei den neuen Brilliant-Mix-LED-Modulen aus dem Hause Osram Opto Semiconductors wurden nun diese beiden Methoden kombiniert. Das Ergebnis ist eine warmweiße Lichtquelle mit einem hohen Farbwiedergabeindex (CRI >90) bei gleichzeitig hoher Lichtausbeute. Dazu werden zu hoch-effizienten grünlich-weißen LEDs (EQW) zusätzliche rote LEDs eingesetzt. Die Mischung erreicht eine Effizienz von über 100 Lumen je Watt und produziert damit 50 % mehr Licht als die häufig verwendeten Standard-LEDs mit Phosphor-Konversion. Zum Vergleich: Energiesparlampen erreichen etwa 60 Lumen je Watt. Die Farbwiedergabe einer Lichtquelle hängt von der spektralen Verteilung des emittierten Lichts ab. Mit Brillant-Mix konzipierte LED-Lampen und -Leuchten emittieren Licht in einem breiteren Spektralbereich mit einem CRI >90. Abhängig von der gewünschten Lichtfarbe lassen sich rote und weiße LEDs in unterschiedlicher Anzahl kombinieren. Dies aber wird durch einen Nachteil erkauft: Die Ansteuerungen beider LED-Farben muss nun getrennt durchgeführt und thermisch korrigiert werden, da sich die LED-Typen im Temperaturverhalten unterscheiden (Tabelle).

	RGB	blaue LED + Phosphor	EQQ +Amber
Pro	drei Grundfarben (RGB); jede Farbe möglich; variable Farbtemperatur	einzelne LED; leicht anzusteuern; einfache Sekundäroptik; guter CRI (~82)	höchste Effizienz (+20 bis 30 %) gegenüber Blau + Phosphor); höchster CRI >90
Kontra	schwer anzusteuern, niedriger CRI (<50); kleinster lm/W-Wert; farbmischende Optik erforderlich	gute Effizienz (~60 lm/W);	komplizierte Ansteuerung (thermische Drift)

Möglichkeiten zur Erzeugung von Weißlicht mit LEDs

Bei dem Brilliant-Mix-Logistik-Konzept lassen sich die gewünschte Lichtmenge, die zu erreichende Farbtemperatur und die Betriebstemperatur der Leuchte als Zielparameter vorgeben: z.B. CCT = 4.000 K, Tsp = 80 °C und Lichtstrom Фv = 800 Lumen. Für diesen Fall werden nun die Anzahl und die Auswahl der benötigten LEDs errechnet und für den Kunden zusammengestellt. Die Lösung besteht hier in einer Kombination von sechs spezifischen „EQ White“- und vier spezifischen „Amber“-LEDs (s.a. Kasten Parathom). Dabei werden alle LEDs in Reihe geschaltet und es wird ein Konstantstrom eingeprägt. Diese Lösung benötigt nur wenige Komponenten und lässt sich zu vergleichsweise niedrigen Kosten realisieren. Der Nachteil: Während der Aufheizzeit ändert sich die Lichtfarbe. Mit einer einfachen Zusatzbeschaltung lässt sich der Nachteil allerdings ausgleichen. Bei der Schaltung mit Temperaturkompensation erhalten wir ein farbstabiles Licht während der Aufheizphase bei nur geringen Zusatzkosten. Allerdings hat diese Schaltung eine geringere Effizienz in der Aufheizphase, da ein Teil des Stromes der roten LEDs abgeleitet wird.