Lichtqualität

 

Licht

Das für Menschen sichtbare Licht ist ein Bereich der elektromagnetischen Strahlung. Dieser erstreckt sich von etwa 380 bis 780 nm Wellenlänge.

Farbspektrum des Lichts mit den Wellenlängen von 380–750 nm

Farbtemperatur

Die Farbtemperatur -gemessen in Kelvin - gibt die Farbverschiebung (rötlich-gelblich, bläulich-weißlich) einer Lichtquelle an. Sie sagt nichts über die Lichtqualität aus. Diese wird mit dem Farbwiedergabeindex, der die Genauigkeit der Farbwiedergabe angibt, bezeichnet. Dieser ist wiederum vom Farbspektrum abhängig.

Farbtemperatur in Kelvin
High Pressure Sodium = Natriumdampf-Hochdrucklampen (gelbe Strassenbeleuchtung)
Standard Incandescent = Glühbirnen
Fluorescent = Kompakt und röhrenförmige Leuchtstofflampen
Metal Halide = Metalldampflampen

Das warme Licht der Glühbirne (Standard Incandescant) entspricht ca 2700 Kelvin,
das der Halogenlampe ca 3000 - 3200 Kelvin.

Bei der Kompaktleuchtstofflampe können je nach Zusammensetzung der verwendeten Leuchtstoffe Werte von 2.000 bis 10.000 Kelvin erreicht werden.

 

Farbspektrum

Sonne, Glühbirne & Halogen

Spektren von Sonne, Glühbirne und Halogenlampen sind kontinuierlich, d.h. es werden alle Farben des sichtbaren Lichts wiedergegeben.

 

Kompaktleuchtstofflampe

 

Kompaktleuchtstofflampen ("Energiesparlampen") haben im Gegensatz zu Glühbirnen ein diskontinuierliches Linienspektrum, dadurch fehlen Farbkomponenten, weshalb nicht alle Farben korrekt wiedergegeben werden können.

 

 

"Energiesparleuchten greifen sich lediglich
einige Spitzen aus dem Farbspektrum heraus.
Dazwischen fallen viele Farbnuancen einfach weg"

"Farben, die dieses Licht nicht enthält,
kann unser Auge auch nicht erkennen.
Sie existieren für uns einfach nicht mehr."

"Das limitierte Licht der Sparlampe,
macht uns ein Stück weit blind für die Realität.
Lässt uns die Welt auf neue Weise sehen.
Eindimensionaler. Kälter. Farbloser."

"So, wie wir die Welt beleuchten, sehen wir sie auch.
Und so, wie wir sie sehen, leben wir in ihr."

Katja Winkelmann, Lichtplanerin ¹

 

 

Leuchstofflampe

Die Lichtqualität von Leuchstoffröhren und Kompaktleuchtstofflampen kann miteinander verglichen werden. In beiden Fällen werden Quecksilber und verschiedene Leuchstoffe - je nach gewünschter Farbtemperatur - in unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet.

Diese Grafik illustriert welche Stoffe bei Leuchtstofflampen unsere Umgebung illuminieren. In diesem Beispiel sind das das hochgiftige Quecksilber und die Seltenen Erden Europium und Terbium, die leicht entzündlich bzw. feuer- und explosionsgefährlich sind.

Nummer	Wellenlänge (nm)	Stoff
1	405.4	Quecksilber
2	436.6	Quecksilber
3	487.7	Terbium
4	542.4	Terbium
5	546.5	Quecksilber
6	577.7	vermutlich Terbium oder Quecksilber
7	580.2	Quecksilber oder Terbium
8	584.0	vielleicht Terbium oder Europium
9	587.6	vermutlich Europium
10	593.4	vermutlich Europium
11	599.7	vermutlich Europium
12	611.6	Europium
13	625.7	vermutlich Terbium
14	631.1	vermutlich Europium
15	650.8	vermutlich Europium
16	662.6	vermutlich Europium
17	687.7	vermutlich Europium
18	693.7	vermutlich Europium
19	707 and 709	vermutlich Europium
20	712.3	vermutlich Europium
21	760.0	vermutlich Argon
22	811.0	vermutlich Argon

 

Vollspektrumlampe - Irreführung

Die Bezeichnungen »Vollspektrumlicht« oder »Biolicht« sind bei Leuchtmitteln die Quecksilber enthalten -also Leuchtstoffröhren und Kompaktleuchtstofflampen (»Energiesparlampen«) - irreführend, da es im Farbspektrum Spitzen und Lücken gibt. Der Bereich zwischen 630nm und 700nm fehlt fast vollständig. Das sind fast 25% des sichtbaren Lichts!

» Die einzige elektrisch betriebene Kunstlichtquelle, die den Namen Vollspektrum wirklich verdient, ist übrigens die Glühlampe, da in ihrem kontinuierlichen Spektrum alle Wellenlängen enthalten sind.«¹¹

Lichtfarben von Leuchtstofflampen

 

LED

Das Spektrum einer weissen LED zeigt blaues Licht, welches direkt von Galliumnitrid (GaN)^6a ausgesendet wird und gelbliches Licht, welches durch den Ce: YAG-Leuchtstoff emittiert wird.

Erklärung:Zur Herstellung von weissen LEDs kann mit Cer^6c dotiertes YAG-Pulver (YAG:Ce3+) als gelber Leuchtstoff in Kombination mit einer blauen LED Indiumgalliumnitrid (InGaN), wobei Galliumnitrid(GaN)^6a laut Gefahrstoffkennzeichnung als reizend und Cerium als leicht entzündlich eingestuft wird, eingesetzt werden.

YAG^6b ist die Abkürzung von Yttrium-Aluminium-Granat. Yttrium und Cerium gehören zu den Seltenen Erden, wobei bei deren Abbau die Umwelt verseucht wird.

Mehr über LEDs LED

Eine Darstellung des Lichtspektrums unterschiedlicher Lichtquellen^2b(pdf) bietet die Ausgabe "Wohnung und Gesundheit" Nr. 140. ^2a

 

Einfluß des Lichtspektrums ⁵

Im Sonnenlicht sind alle Wellenlängen des Lichts vorhanden, die Pflanzen, Tiere und Menschen zum Leben brauchen. Da es im Spektrum der Gasentladungslampen (Leuchtstofflampen, Kompaktleuchtstofflampen) Lücken und Spitzen gibt, ist es nahe liegend, daß dieses Licht auf Mensch, Tier und Pflanze eine andere Wirkung hat.

 

Einfluss auf Pflanzen

Biologische Reaktionen von Wellenlänge abhängig

Der Amerikaner John Ott^5a, der heute als einer der Gründer des neuen Faches "Lichtbiologie" gilt, hat in Versuchsreihen herausgefunden, daß viele biologische Reaktionen von ganz spezifischen Wellenlängenbereichen der elektromagnetischen Strahlung abhängen und daß diese Reaktionen ausbleiben, wenn die betreffenden Wellenlängen in einer Kunstlichtart fehlen oder aus dem Sonnenlicht herausgefiltert werden.

John Ott entdecke bei Zeitrafferaufnahmen für den Walt Disney Film "Die Geheimnisse des Lebens", daß Kürbisse unter Kunstlicht zwar gut heranwuchsen, aber alle weiblichen Blüten nach dem Aufblühen braun wurden und abfielen.

Als er durch Zufall Lampen mit einer anderen Lichtfarbe (mit hohen Blauanteil) verwendete, verfärbten sich die männlichen Blüten und fielen ab, während die weiblichen Blüten üppig wuchsen.

Offensichtlich beeinflußte die Spektralzusammensetzung der Leuchtstofflampen das Blütenwachstum.

 

Einfluss auf Tiere

Geschlecht des Nachwuchses mittels Lichtfarbe beeinflußbar

Als er für weitere Zeitrafferaufnehmen zur Beleuchtung eines Aquariums "warm-weiße" Leuchtstofflampen verwendete, entdeckte er, daß die aus den Eiern schlüpfenden Fische zu 80% Weibchen waren.

Bei einer umfangreichen Großuntersuchung entdeckte er, daß Chinchilla-Züchter bei gewöhnlichen Glühlicht zu 60-75% Männchen und bei blau gefärbten Glühlampen aber bis zu 75% Weibchen erhalten haben.

 

 

Farbwiedergabeindex ³

Durchschnittlicher
Farbwiedergabeindex⁴

Lampen	Ø Index Ra
Glühbirnen	Ra 100
Halogenlampen	Ra 100
Energiesparlampen	Ra 80
LED	Ra 60 - 80
Leuchstoffröhren	Ra 60 - 90

 

Messung des Farbwiedergabeindex

Mit dem Farbwiedergabeindex Ra kann die Farbwiedergabegenauigkeit von Lampen angegeben werden. Das »;ERGONOMIC Institut für Arbeits- und Sozialforschung « klärt in seiner Studie »Wie umweltfreundlich sind Energiesparlampen?« vom April 2010 auf, wie es zur Berechnung des Farbwiedergabeindex Ra kommt.

"Die Farbwiedergabe einer Lampe kennzeichnet die Güte der Wiedergabe von 8 Referenzfarben bei Beleuchtung mit dieser Lampe (insgesamt definiert DIN 6169 14 Farben ). Es wird die Wiedergabe von Pastellfarben geprüft, aber nicht die von gesättigten Farben (!)."

 

Somit kann eine Lampe, die die standardisierten Pastelltöne weitgehend korrekt darstellen kann, eine hohen Farbwiedergabeindex haben - unabhängig davon wie korrekt die Wiedergabe der anderen Farben, erfolgt!

Beim offiziellen Farbwiedergabeindex wird nur die Farbwiedergabe von 8 Pastellfarbtönen gemessen.

 

Farbwiedergabeindex von Sparlampen

Messungen des Farbwiedergabeindex

	Sparlampe 7W 3a	Sparlampe 12W warm Weiss 3b
Ra	80,39	82
R1	95,17	98
R2	94.00	95
R3	56,58	50
R4	87,41	88
R5	84,41	88
R6	82,08	82
R7	85,35	88
R8	58,09	68
R9	-18,19	2
R10	51,53	50
R11	75,34	78
R12	45,52	43
R13	98,04	92
R14	69,75	65

Die Messungen des Farbwiedergabeindex von Kompaktleuchtstofflampen nach DIN 6169 mit 14 Referenzfarben zeigen das die Werte des gesättigten Rot (R9) sehr gering bzw negativ sind. Aber auch die Werte von Gelbgrün (R3), Violett (R8), gesättigtem Gelb (R10), gesättigtem Blau (R12) und Blattgrün (R14) sind nicht ideal. Es sind Werte von -100 bis +100 möglich.

 

 

Farbwiedergabeindex von LEDs

Farbwiedergabeindex Vergleich: Glühbirne - LED

Index R_a

Lampe	wikipedia 5	osram 6
Glühlampe	bis 100	100
LED, weiß	70 - 95	60 - 80 (92)

Während Glühbirnen und Halogenlampen einen Farbwiedergabeindex Ra von 100 erreichen, sind die Werte der von Osram angebotenen LED Classic Lampen ⁶(LED in Glühbirnenform) im Bereich von 60 - 80 zu finden. Eine Lampe hat den Wert von 82 und eine von 92 (Stand 8.11.2010).

Der Farbwiedergabeindex von LED Deco Reflektorlampen ⁶ wird mit 70 oder 80 angegeben. In manchen Fällen fehlt die Angabe des Farbwiedergabeindex (Stand 8.11.2010).

Update: Mein letzter Besuch in einem Baumarkt, zeigt daß die von Osram angebotenen Retrofit-LEDs (LED-Lampen in Glühbirnenform) einen durchschnittlichen Farbwiedergabeindex von Ra 80 aufweisen (Stand August 2012).

 

L-Prize - LED

In Amerika hat Philips den mit Millionen Dollar dotierten L-Prize⁷ für die Entwicklung einer LED in Glühbirnenform (Retrofit), die als Ersatz für 60 Watt Glühbirnen dienen soll, gewonnen. Die beim Wettbewerb eingereichte Endura LED hatte einen Farbwiedergabeindex von Ra 93.

Laut Kevan Shaw (Save the Bulb)⁸ wird in den Läden aber eine ähnlich aussehende LED verkauft, die nach Informationen vom Blog Freedomlightbulb⁹ hingegen einen Farbwiedergabeindex von Ra 80 aufweist.

Es gab viele Ungereimtheiten bei der Vergabe dieses Preises, auf die der Blog Freedomlightbulb⁹ ausführlich verweist.

Ein Kriterium für den Gewinn war, daß die Lampe im ersten Jahr 22 $, im zweiten $ 15 und im dritten 8 $ kosten sollte. Die Lampe wurde zunächst für $ 50 - $ 60 verkauft. Der Doppelgänger - mit schlechterem Farbwiedergabeindex - kostet hingegen ca 20 Dollar.
[Stand: April-Mai 2012]

 

 

Lichtfarben von Leuchtstofflampen¹⁰

Standardlampen

Standard Leuchtstofflampen haben einen geringen Farbwiedergabeindex, der zwischen Ra 60 - 75 liegen kann, und sind für Bürotätigkeiten ungeeignet.

3 Banden-Lampen

3 Banden-Lampen tragen den Namen, weil bei ihnen drei Leuchtstoffe Licht in relativ eng begrenzten Spektralbereichen ausstrahlen, die in der Mischung mit Lücken im Spektrum weiss ergeben. Der durchschnittliche Farbwiedergabeindex beträgt Ra 85.

Vollspektrumlampen haben kein Vollspektrum

Bei den Vollspektrumlampen werden die Lücken im Spektrum durch Verwendung weiterer Leuchtstoffe teilweise aufgefüllt. Korrekterweise sollte man sie »Fünfbandenlampe« nennen, denn sie besitzen zwar eine bessere Farbwiedergabe (Ra 92) als Dreibandenlampen, aber im Gegensatz zu Glübirnen noch immer kein Vollspektrum. Ihre bessere Farbwiedergabe geht allerdings auf Kosten einer um etwa ein Sechstel geringeren Lichtausbeute.

Vertiefende Informationen finden sich im Dokument »Vollspektrumlicht - Eine kritische Würdigung der Literatur«¹²

 

Farbwiedergabestufe von Leuchtstofflampen

Die Farbwiedergabe von Kompaktleuchtstofflampen und Leuchtstoffröhren wird mit einer international gültigen Lichtfarbennummer gekennzeichnet:

Bsp: eine Energiesparlampe mit der Bezeichnung 827 warmweiß extra

Die Erste Ziffer bezeichnet die Farbwiedergabestufe, die durch den Farbwiedergabeindex Ra bestimmt ist:

4 = Farbwiedergabestufe 1B (Ra 40-49)
5 = Farbwiedergabestufe 1B (Ra 50-59)
6 = Farbwiedergabestufe 1B (Ra 60-69)
7 = Farbwiedergabestufe 1B (Ra 70-79)
8 = Farbwiedergabestufe 1B (Ra 80-89)
9 = Farbwiedergabestufe 1A (Ra >90 )

Die zweite und dritte Nummer bezeichnen die Farbtemperatur in Kelvin

827 = warmweiß extra 2.700 K
830 = warmweiß 3.000 K
840 = neutralweiß 4.000 K
860 = tageslichtweiß 6.000 K

Somit haben wir in diesem Beispiel eine Kompaktleuchtstofflampe, deren Farbtemperatur ähnlich der einer Glühbirne (gelblich) ist, aber deren Farbwiedergabe schlechter als die der Glühbirne ist, da die Glühbirne immer den besten Wert von Ra 100 aufweist

 

Fazit:
Energiesparlampen und LEDs können die Glühbirnen und Halogenlampen in Punkto Lichtqualität nicht ersetzen, denn Energieeffizienz und Lichtqualiät verhalten sich indirekt proportional zueinander.

 

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