Lichttechnische Messungen

Farbverteilung von Leuchten und Leuchtmitteln

Zur vollständigen Beurteilung einer Lichtquelle spielt sowohl ihre Lichtstärkeverteilung als auch ihr Emissionsverhalten eine wichtige Rolle. Das Emissionsverhalten bestimmt, wie eine Leuchte durch den Menschen wahrgenommen wird: Überwiegen im Emissionsspektrum Anteile im blauen Spektralbereich, so ergibt sich ein als »kaltweiß« empfundener Farbeindruck. Überwiegen dagegen rötliche Anteile, so wird das Licht als »warmweiß« empfunden. Das Farbempfinden wird durch die sogenannte Farbtemperatur beschrieben, die sich aus dem Emissionsspektrum rechnerisch bestimmen lässt. Ein weiterer Parameter zur Beschreibung des Farbeindrucks ist der Farbort, der in verschiedenen Farbortsystemen bestimmt werden kann. Das älteste und bekannteste System ist das CIE-Normvalenzsystem.

Bedingt durch den inneren Aufbau eines Leuchtmittels und/oder der Dispersion innerhalb der in einer Leuchte verwendeten optischen Bauteile kann es zu störenden Farbsäumen kommen. Diese können als winkelabhängige Abweichung des Farborts innerhalb des CIE-LUV-Farbraumsystems beschrieben und dargestellt werden.

Das Emissionsverhalten einer Leuchte bestimmt nicht nur den Farbeindruck, den es beim Menschen verursacht, sondern auch wie Farben im beleuchteten Bereich wahrgenommen werden. Lichtquellen mit nur sehr wenigen schmalen Spektrallinien (wie Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen) lassen Farben blass erscheinen, Lichtquellen mit einem breiten Spektrum (wie die Sonne, Glühlampen oder LEDs) ermöglichen eine gute Farbwiedergabe. Ein Maß zur quantitativen Bestimmung der Farbwiedergabequalität ist der Farbwiedergabeindex (CRI = Color Rendering Index). Dieser und auch andere Indizes lassen sich ebenfalls aus dem Emissionsspektrum errechnen.

Das am Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe vorhandene Spektrophotometer ermöglicht in Kombination mit einem Goniometer-System die Bestimmung des winkelabhängigen Emissionsverhaltens von Leuchten sowie winkelabhängiger farbmetrischer Größen.

Grafisch dargestellte Farbverteilung von Leuchten und Leuchtmitteln

© Fraunhofer AWZ Soest

Emissionsspektren verschiedener Leuchtmittel.

© Fraunhofer AWZ Soest

Verteilung der Farbortabweichungen einer weißen LED mit gerichteter Optik.

© Fraunhofer AWZ Soest

Farbortabweichung einer weißen LED mit gerichteter Optik.

© Fraunhofer AWZ Soest

Winkelverteilung der Farbtemperatur einer handelsüblichen weißen LED.

Messung der Leuchtdichteverteilung

Die Leuchtdichte gibt bei flächigen Lichtquellen (wie LED-Panels und OLEDs, aber auch kompletten Leuchten) die Lichtstärke pro Fläche an. Dies entspricht dem Helligkeitseindruck des Betrachters. Die Kenntnis der (ortaufgelösten) Leuchtdichte ist für die Beurteilung von Lichtquellen in zweierlei Hinsicht von Bedeutung: Zum einen ist bei flächigen Leuchten die Homogenität der Leuchtdichte ein wichtiges Qualitätskriterium (hier kommt es vor allem auf eine gleichmäßige Helligkeit an), zum anderen sollte bei Leuchten zur Vermeidung von Blendung eine zu hohe lokale Leuchtdichte vermieden werden.

Das Leuchtdichtemesssystem des Fraunhofer-Anwendungszentrums in Soest ermöglicht die Bestimmung der Leuchtdichte im gesamten oberen Halbraum von Prüflingen in der Größe von wenigen mm² bis hin zu 34 x 25 cm².

Leuchtdichtemessung: Vergleich LED und OLED

© Fraunhofer AWZ Soest

Leuchtdichteverteilung eines LED-Panels relativ zur mittleren Leuchtdichte.

© Fraunhofer AWZ Soest

Leuchtdichteverteilung eines OLED-Moduls relativ zur mittleren Leuchtdichte.

© Fraunhofer AWZ Soest

Histogramme der Leuchtdichteverteilung eines LED-Panels und einer OLED jeweils auf die mittlere Leuchtdichte bezogen.

© Fraunhofer AWZ Soest

Leuchtdichteverteilung eines LED-Panels.

© Fraunhofer AWZ Soest

Leuchtdichteverteilung eines OLED-Moduls.

Messung der Lichtstärkeverteilung mittels Goniophotometer

Die Lichtstärkeverteilung ist ein wichtiges Maß zur Beurteilung der Abstrahlcharakteristik einer Leuchte oder eines Leuchtmittels. Sie gibt an, wieviel Licht durch eine (punktförmige) Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird. Die spektrale Empfindlichkeit des verwendeten Detektors entspricht der des menschlichen Auges.

Die oben abgebildete 3D-Darstellung zeigt den flachen Lichtstärkeverteilungskörper (LVK) einer Optik für Straßenlaternen. Die gerichtete Lichtabstrahlung dient dazu, ausschließlich den Weg auszuleuchten.

Das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Anorganische Leuchtstoffe verfügt in seinem Lichtlabor über ein Goniophotometer, mit dem Leuchten von der Größe einer einzelnen LED bis hin zu einer maximalen Ausdehnung von 80 cm vermessen werden können. Die gewonnenen Messdaten werden unter anderem bei der Lichtplanung verwendet.

Lichtstärkeverteilungskurven zur Analyse der winkelabhängigen Lichtintensität

© Fraunhofer AWZ Soest

Lichtstärkeverteilungskurve einer Optik zur Straßenbeleuchtung.

© Fraunhofer AWZ Soest

3D-Darstellung der Lichtstärkeverteilung einer Optik zur Straßenbeleuchtung.

© Fraunhofer AWZ Soest

Lichtverteilungskurve einer 3x11 LED-Optik aus der OEM-Produktlinie der Fa. BJB GmbH & Co. KG.

© Fraunhofer AWZ Soest

3D-Darstellung der Lichtstärkeverteilung einer 3x11 LED-Optik aus der OEM-Produktlinie der Fa. BJB GmbH & Co. KG.