Helligkeitsabfall bei langen LED-Streifen


INHALT:


Ein sehr häufiges Problem bei größeren Installationen mit LED-Streifen, z.B. 10m oder 20m Länge, ist der Helligkeitsabfall. Am Anfang der Strecke leuchten die LEDs noch sehr hell, zum Ende hin werden Sie aber immer dunkler und gehen eventuell sogar komplett aus.

Nachfolgend ein extremeres Beispiel mit einem 15m langen COB-LED-Streifen:

Die Helligkeit der LEDs wurde hier alle 2m gemessen und sie fällt bis zum Ende der Strecke auf unter 10% ab. Wo zu Beginn die LEDs noch hell strahlen, glimmen sie am Ende nur noch.

Die Ursache für diesen Helligkeitsabfall ist in der Grafik direkt mit angegeben. Es ist der Spannungsabfall, der über die Länge des LED-Bandes entsteht.

Der LED-Streifen wird mit konstant 24 Volt versorgt. Mit jedem weiteren Zentimeter Kupferleitbahn auf dem LED-Band, mit jeder LED und jedem kleinen Vorwiderstand fällt die Spannung ein wenig ab, so dass am Ende der 15m Strecke nur noch 20,8 Volt übrig sind. Da LEDs eine exponentielle Strom-Spannungskennlinie haben und die Helligkeit linear mit der Stromstärke abnimmt, entsteht ein massiver Helligkeitsabfall über dem LED-Band.

Was beeinflusst den Helligkeitsabfall?

Neben der Länge des LED-Bandes hat die Versorgungsspannung einen sehr großen Einfluss auf den Helligkeitsabfall. So zeigen 12V LED-Bänder bei gleicher Leistung einen viel deutlicheren Spannungsabfall als 24V LED-Streifen. Noch extremer ist es bei 5V LED-Streifen, bei denen meist schon nach 2m die Helligkeit deutlich abgefallen ist. Für größere Installationen empfehlen sich daher generell immer 24V LED-Streifen.

Ein weiterer Faktor ist, wie viele LED pro Meter auf dem LED-Band verbaut sind. Je dichter ein LED-Band mit LEDs bestückt ist, desto gravierender ist meist auch der Helligkeitsabfall. Als Beispiel oben das Bild mit den 15m COB-LED-Band bei dem über 500 winzige LEDs pro Meter verwendet werden. COB-LED-Bänder zeigen daher stets einen sehr deutlichen Helligkeitsabfall.

Weiterhin hat die Anzahl der LEDs pro LED-Band-Segment einen sehr großen Einfluss.

Alle LED-Bänder sind in Segmenten aufgebaut und nur zwischen diesen Segmenten kann man das LED-Band durchschneiden (häufig ist ein kleines Scherensymbol und eine schwarze Linie aufgedruckt). 12V LED-Streifen arbeiten oft mit 3 LEDs pro Segment, 24V LED-Streifen mit 6 LEDs.

Um die Effizienz eines LED-Streifens zu steigern, werden jedoch vermehrt auch 7, 8 oder gar 9 LEDs in einem Segment verbaut (bei 24V). Der Aufbau ist so effizienter, aber der Spannungsabfall wird gravierender.

Sehr effiziente LED-Streifen haben daher häufig größere Probleme mit dem Spannungsabfall als weniger effiziente LED-Bänder.

LED-Streifen 12V und 24V
12V und 24V LED-Bänder

Ein letzter Punkt ist die Wärmeentwicklung am LED-Band. Jedes LED-Band heizt sich im Betrieb auf und je höher die Temperatur ist, desto höher wird auch der Widerstand und damit der Spannungs- und Helligkeitsabfall. Eine erhöhte Wärmeentwicklung entsteht natürlich bei Verwendung minderwertiger (oder gar keiner!) Aluprofile, aber auch einfach bei LED-Streifen mit höherer Leistung. So wird ein ultrahelles LED-Band mit 20 Watt/m Leistungsaufnahme i.d.R. schneller einen Helligkeitsabfall zeigen, als ein solches mit nur 10 Watt/m.

Wie kann man den Helligkeitsabfall verhindern?

Der Spannungsabfall auf dem LED-Band führt nicht nur zu einem mehr oder weniger deutlich sichtbaren Helligkeitsabfall. Es entsteht dabei auch eine sehr hohe Stromstärke auf dem Band, was die verbauten Komponenten unnötig aufheizen kann. Daher sollte ein zu hoher Spannungsabfall generell vermieden werden.

Die 5m-Faustregel

Die 5m-Faustregel besagt, dass möglichst keine LED auf dem LED-Band deutlich über 5m von einer Spannungseinspeisung (also dort, wo ein Kabel auf das LED-Band trifft) entfernt sein sollte. Bei einigen LED-Streifen kann man davon auch abweichen und 6m, 7m oder gar 8m sind okay. (Dies gilt für 24V LED-Streifen. Bei 12V und ganz sicher 5V können es deutlich weniger Meter sein)

Anschluss LED-Band
5m-Fausregel bei mittiger Kabelzuführung

Verkabelung bei größeren LED-Installationen

Das bedeutet nun, dass man bei längeren LED-Installationen die Verkabelung entsprechend plant. So kann ein 10m langer LED-Streifen die Spannungszuführung genau in der Mitte erhalten (siehe Bild oben) – die 5m-Faustregel ist erfüllt. Ist die Kabelzuführung in der Mitte nicht realisierbar, sollte man am Anfang und Ende des 10m LED-Streifens jeweils Spannung zuführen.

Hierzu ein Beispiel mit einem 10m langen 24V RGBW-LED-Streifen:

Mit nur einseitiger Einspeisung sinkt die Spannung und damit die Helligkeit über die Länge deutlich. Am Ende des 10m LED-Bandes sind nur noch 64% Lichtstrom im Vergleich zu Anfangshelligkeit übrig. Ein LED-Band mit engerer LED-Bestückung und ganz besonders eines mit nur 12V Spannung hätte hier einen noch viel deutlicheren Lichtabfall gezeigt.

Hier nun der selbe Aufbau, aber mit beidseitiger Spannungseinspeisung:

Hier sinkt die Helligkeit auf max. 84% – dann etwa in der Mitte des LED-Streifens. Dies ist nicht mehr wahrnehmbar, da der leichte Abfall ja auch graduell verläuft.

Das größte Problem entsteht sowieso immer, wo 2 LED-Streifen aufeinander treffen. Haben Sie z.B. ein langes LED-Band, dessen Ende nur noch 64% Helligkeit aufweist (wie im obigen Beispiel) und daran schließt sich direkt ein neues LED-Band an, dass durch eine neue Spannungseinspeisung wieder 100% Helligkeit aufweist, so ist dieser „Bruch“ natürlich sichtbar. Ein allmählicher Helligkeits-Abfall um 10 oder auch 20% über mehrere Meter LED-Band ist hingegen kaum wahrnehmbar.

Das häufigere Einspeisen der Spannung in ein LED-Band ist also in jedem Fall zu empfehlen! Dabei müssen nicht jedes mal neue Netzteile und Controller gesetzt werden, sondern die Stromaufteilung kann von nur einem Gerät z.B. über WAGO-Klemmen u.ä. erfolgen:

Spannungsabfall bei Versorgungskabeln

Eventuell haben Sie sich schon gefragt, warum beim obigen Beispiel mit beidseitiger Spannungseinspeisung rechts bei „10m“ nur 93% Helligkeit erreicht werden und nicht 100%.

Dies liegt daran, dass natürlich auch über die Versorgungskabel, die zu den Einspeisestellen geführt werden, etwas Spannung abfällt. Bei längerer Kabeln können dies durchaus beträchtliche Spannungsrückgänge sein, insbesondere wenn eine sehr hohe Stromstärke über das Kabel transportiert wird.

Mit entsprechend dickeren Kabeln mit größeren Querschnitten kann man den Spannungsabfall minimieren. Hierfür gibt es im Netz diverse Rechner, die einem bei der Auswahl des passenden Kabelquerschnitts helfen:

LED-Streifen ohne Helligkeitsabfall

Die Verkabelung mit mehrfacher Einspeisung kann sehr aufwendig sein. Die Frage ist daher, ob es nicht auch LED-Streifen gibt, die gänzlich ohne Helligkeitsabfall funktionieren?

230V LED-Streifen

Wir haben bereits gelernt, dass, je höher die Spannung ist, desto geringer ist der Spannungsabfall. Aus diesem Grund wurden vor einigen Jahren sogenannte 230V-LED-Streifen entwickelt. Diese werden direkt an der Hausspannung – also 230V Wechselstrom – angeklemmt. Ein kleiner Gleichrichter stabilisiert die Spannung, so dass die LEDs dann mehr oder weniger stabil arbeiten.

230V Strip
230V LED-Band

In der Tat sind mit 230V-LED-Streifen sehr große Längen ohne erneute Spannungseinspeisung realisierbar. 20m am Stück z.B. sind kein Problem. Allerdings haben 230V-LED-Streifen auch einige Nachteile:

  • Mögliche Flickereffekte, insbesondere wenn gedimmt werden soll.
  • Nur in sehr großen Abständen teilbar (z.B. alle 1m).
  • Lebensgefährliche Spannung! Änderungen und Anpassungen darf nur eine Elektro-Fachkraft durchführen.
  • Nur mit Silikonüberzug einsetzbar, was die Lebensdauer der LEDs verringert.

Weitere Hinweise und Tips haben wir in einem gesonderten Artikel zusammengefasst:

Generell sehen wir den Einsatz von 230V LED-Streifen nur im Außenbereich, z.B. im Garten, da hier i.d.R. keine so enge Teilbarkeit notwendig ist, ein Silikonüberzug als Wetterschutz sowieso nötig wird und ein eventuelles, leichtes Flickern weniger stört.

In Innenräumen empfehlen wir 230V LED-Streifen nicht. Hier gibt es deutlich geeignetere Lösungen!

LED-Streifen mit Konstantstromquellen

Eine noch eher neue Entwicklung sind LED-Streifen mit eingebauten Konstantstromquellen, kurz KSQ.

Die sind normale LED-Streifen, meist mit 24V-Versorgungsspannung, in jedem Segment sind aber winzig kleine Konstantstromtreiber verbaut.

Man erkennt Sie an den 3 kleinen Lötkontakten. Normale Vorwiderstände haben nur 2 Kontakte.

LED-Streifen mit Konstantstromquellen

Diese kleinen KSQ können in einem weiten Spannungsbereich arbeiten (z.B. von 19V – 28V) und versorgen in diesem Bereich die nachfolgenden LEDs stets mit einem stabilen Betriebsstrom. Dadurch haben die LEDs immer die selbe Helligkeit, auch wenn die Spannung über das LED-Band deutlich abfällt.

Hier ein Beispiel mit einem 10m langen LED-Band mit eingebauten KSQ:

Das LED-Band ist nur einseitig mit Spannung versorgt und nach hinten hin fällt die Spannung deutlich auf fast 19V ab. Die Konstantstromtreiber gleichen dieses aber aus und so sind nach 10m Länge und nur noch 19,2V Spannung immer noch 99% Lichtstrom im Vergleich zur Anfangshelligkeit messbar.

In der Mitte steigt die Helligkeit sogar leicht um einige Prozent, was aber nicht wahrnehmbar ist.

Die LED-Streifen mit KSQ können dabei genauso eingesetzt werden, wie LED-Streifen ohne KSQ. Die selben Netzteile, die selben Controller. Die PWM eines LED-Controllers (um die LEDs zu Dimmen) beeinflusst die KSQ in keinster Weise und umgekehrt. Wir haben selbst ultraschnelle LED-Controller mit 30.000Hz PWM für den Filmbereich erfolgreich getestet.

Von daher gibt es keine wirklichen Nachteile beim Einsatz von LED-Streifen mit KSQ, außer dass diese ein wenig teurer sind und insgesamt mehr Leistung ziehen, da die KSQ ja alle Verlustleistungen (am LED-Band selbst, aber auch über die Versorgungskabel) ausgleichen. Planen Sie hier also mit etwas mehr Reserve bei Netzteilen und LED-Controllern.

LED Binning

5 Mythen zu LED-Beleuchtung

Seitdem LEDs auch in der Allgemeinbeleuchtung, also z.B. zu Hause im Wohnzimmer eingesetzt werden, gibt es eine ganze Reihe Mythen, die sich um die Beleuchtungstechnik ranken. Übertrieben positive Eigenschaften genauso wie unbelegte negative Effekte werden den LEDs aus verschiedenen Richtungen angedichtet. So geht es auch den LEDs nicht anders, wie jeder neuen Technologie, sei es Mobilfunk, E-Mobilität oder Online-Banking.

Wir möchten hier einmal mit den 5 am weitesten verbreiteten Mythen aufräumen.

  1. LEDs erzeugen keine Wärme
  2. LEDs erzeugen ein unnatürliches Licht
  3. LEDs haben eine schädlichen Blaulichtanteil
  4. LEDs flimmern und stören so das Wohlbefinden
  5. Warmweiße LEDs sind nicht richtig hell

1) LEDs erzeugen keine Wärme

Moderne LEDs sind in der Tat sehr effiziente Lichtquellen, die einen guten Teil der eingebrachten Energie in Licht umwandeln. Schaut man sich das Spektrum z.B. einer hochwertigen LED an, erkennt man, dass diese keinerlei Infrarotanteile (also keinerlei Wärme) emittiert. Ganz anders, als z.B. eine Glühlampe, die sehr viel Infrarotanteile in Ihrem Spektrum hat (dunkelroter Bereich):

LED Spektrun
Glühlampen Spektrum

Das Licht von LEDs ist also in der Tat nahezu wärmefrei.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass LEDs keine Wärme erzeugen. Diese wird nur nicht mit dem Licht emittiert. Selbst modernste LEDs erreichen kaum Effizienzwerte von über 50%. Dies bedeutet, dass etwa die Hälfte der eingebrachten Energie eben nicht in Licht, sondern nach wie vor in (Verlust-)wärme umgewandelt wird.

Diese Verlustwärme muss abgeführt werden, da sonst die LEDs mit der Dauer Schaden nehmen. LED-Streifen z.B. sollten daher stets auf einem Aluprofil montiert werden, dass die Verlustwärme aufnehmen kann.

Hochwertige LED-Lampen und Spots haben einen eigenen Kühkörper, der die Wärme aufnehmen und an die umgebende Luft abgeben kann. Berühren Sie einmal diesen Kühlkörper während des Betriebs oder kurz danach. Dann spüren Sie die Verlustwärme, die auch moderne LEDs erzeugen, sehr deutlich!

LED Spot mit Alu-Gehäuse

Dennoch sind die rund 50% Effizienz moderner LEDs ein nach wie vor sehr guter Wert. Zum Vergleich erreichen herkömmliche Glühlampen nur rund 5%.

2) LEDs erzeugen ein unnatürliches Licht

Einige Menschen lehnen LED-Beleuchtung generell ab, da Sie das von LEDs erzeugte Licht als unnatürlich oder „hässlich“ empfinden. Woher genau kommt das und was ist der physikalische Hintergrund?

Das, was wir als „Licht“ bezeichnen, ist nichts anderes, als ein eher schmaler Strahlungsbereich zwischen ca. 380 und 780nm Wellenlänge, den unsere Augen wahrnehmen können. Wie das Licht wirkt, wie Farben darunter wirken und wie wir diese wahrnehmen, wird von der spektralen Verteilung innerhalb dieses Strahlungsbereichs bestimmt. Jede Lichtquelle hat eine spezifisches Lichtspektrum und hier kann es sehr große Unterschiede geben:

Das Licht von Glüh- oder Halogenlampen hat z.B. ein sehr gleichmäßiges, ansteigendes Spektrum mit viel mehr Spektralanteilen im roten als im blauen Bereich. Das Licht der Sonne hingegen weißt viele kleine Spitzen im Spektrum auf und hat deutlich mehr Anteile im blauen Bereich. Daher wirkt das Licht, dass z.B. durch unser Fenster fällt, auch viel bläulicher als das der Wohnzimmerlampe, die ggf. mit Glühlicht arbeitet.

Was bedeutet nun überhaupt „natürliches Licht„?

Streng genommen kann nur das Licht der Sonne oder ggf. des Himmels als „natürlich“ bezeichnet werden. Eine Glühlampe z.B. ist immer ein künstlich bzw. technisch erzeugtes Licht. Ein Lagerfeuer oder eine Kerzenflamme mag man ggf. noch als „natürlich“ ansehen.

Dies ist aber nicht der entscheidende Punkt. Menschen sehen das als natürlich an, was Sie kennen und was im Vergleich dann anders aussieht, wird als „unnatürlich“ bewertet. Da in Innenräumen seit Generationen schon Glühlicht eingesetzt wird, vergleichen viele Menschen neue Lichttechnologien – seien es Energiesparlampen oder jetzt LED – mit Glühlicht.

Die allerersten LED-Lampen für den Allgemeingebrauch waren oft bläulich und kaltweiß (da warmweißes LED-Licht noch nicht in hohen Helligkeiten herstellbar waren) und damit klar „unnatürlich“ im Vergleich zum warmen Glühlicht.

Seit langem gibt es aber nun auch sehr helle, effiziente warmweiße LEDs, die in der Lichtfarbe vergleichbar zum Glühlicht sind. Mit den Jahren wurden die Spektren der LEDs immer weiter verbessert und dem Glühlicht angenähert.

Spektrale Unterschiede sind aber nach wie vor vorhanden, z.B. die deutliche Ergebung im blauen Bereich und der starke Abfall bei tiefem Rot (bis Infrarot).

Warmweiße LED mit CRI>90

Die Frage ist nun, welche Auswirkungen diese verbleibenden spektralen Unterschiede haben?

Es gibt hierzu viele Untersuchungen und etablierte Bewertungsmethoden. Die bekannteste ist sicherlich der sogenannte Color Rendering Index (CRI). Hierbei werden mit 2 unterschiedliche Lichtquellen – also eine LED und als Referenz i.d.R. Glühlicht – diverse Testfarben beleuchtet und es wird geschaut, wie sich die Farben unter dem Testlicht im Vergleich zur Referenz verändert. Wie diese Abweichungen im Schnitt wahrgenommen werden, wurde mit diversen Testpersonen ermittelt. Ein CRI-Wert >90 gilt als sehr gut, d.h. hier werden dann so gut wie keine Unterschiede mehr wahrgenommen.

Moderne LEDs erreichen sehr häufig CRI-Werte >90. Auch >95 ist verfügbar.

Vergleich Farbwiedergabe LED
Farbabweichungen durch Lichtquellen mit schlechtem CRI

Man kann sehr lang über die Aussagekraft der CRI-Methode diskutieren, auch neuere Methoden wie TM-30-15 usw. zu Rate ziehen. Nach meiner nun 15-jährigen Erfahrung im Bereich LED-Beleuchtung, sind die Unterschiede, die bei einem CRI>90 noch übrig bleiben, für die allermeisten Anwendungen irrelevant und würde von den meisten Menschen selbst im direkten Vergleich nicht einmal wahrgenommen werden.

Es ist daher absolut möglich, ein „natürlich“ wirkendes Licht auch mit LEDs zu erzeugen. Entscheidend ist hierbei (neben dem CRI>90) vor allem das Binning, d.h. dass die LEDs auch so selektiert sind, dass ihr Farbort nah am Glühlicht – präziser am Planck’schen Kurvenzug der Farbtemperaturen – liegt. So gibt es nach wie vor viele (günstige) LEDs, die farblich deutlich Richtung Grün oder auch Rosa tendieren und dies ist viel störender, als z.B. ein CRI von knapp unter 90.

Händler, die auf Qualität setzen, geben Farbortwerte oder am besten spektrale Messungen für Ihre Produkte mit an. Nachfolgend die Messwerte des CCT-LED-Bandes LK04-9g von LED-Studien mit Farbortdiagramm. Die schwarze Kurve ist der Planck’sche Kurvenzug (für natürliches Weißlicht), die blauen & gelben Punkte sind die gemessenen Farborte dieses LED-Streifens.

Spektralmessung mit CRI, TM-30-15 sowie x,y & u,v-Angaben im Farbdiagramm

3) LEDs erzeugen schädliches, blaues Licht

Ein Mythos, der direkt an das Thema LED-Lichtspektrum anschließt, ist das Thema Blaulichtgefährdung.

Korrekt ist, dass nahezu alle weißen LEDs einen blauen LED-Chips als Basis nutzen, dessen Licht dann von einem Phosphor konvertiert wird, so dass in Summer weißes Licht entsteht. Dieses Verfahren ist altbekannt und wurde z.B. seit jeher auch bei Leuchtstoffröhren eingesetzt (hier allerdings mit UV-Licht anstatt blauem Licht als Basis). Je mehr Phosphor eingesetzt wird, desto wärmer wird i.d.R. das Licht und es gibt auch verschiedene Phophor-Arten.

Was bleibt ist jedoch immer ein mehr oder weniger deutlicher Blauanteil im Spektrum:

Spektrum warmweiße LED
Spektrum weiße LED

Wie gefährlich ist dieser Blaulichtanteil nun?

Es gibt unzählige Studien dazu, wie der Blauanteil bei LEDs den Menschen beeinflussen und gefährden kann. Vermutlich findet jeder mindestens eine Handvoll Studien, die den einen oder anderen Standpunkt unterstützen. Insgesamt lässt sich aber festhalten, dass die Studien, die eine zu vernachlässigende Gefährdung sehen, deutlich überwiegen. Dazu gehören Studien der LiTG (Deutsche Lichttechnische Gesellschaft), BAuA (Bundesanstalt für Arbeitsschutz), BfS (Bundesamt für Strahlenschutz) DGUV (Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung), der TU Ilmenau oder auch SCENHIR und SCHEER der europäischen Kommission.

Hier einige Links:

Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die Einwirkung von Blaulicht an einem typischen sonnigen Tag die einer normalen LED-Beleuchtung bei weitem übersteigt. Wir sprechen hier vom Faktor 10.000 – 100.000, die der Blaulichtanteil beim normales Tageslicht (selbst an bewölkten Tagen) den von LED-Leuchten übersteigt. Wäre der Blaulichtanteil normaler LED-Leuchten also gefährlich, dann dürften wir auch keine 5 Minuten mehr unter freiem Himmel verbringen.

Eine typische LED-Beleuchtung, sie es LED-Panels, Downlights, Linienleuchten oder indirekt mit LED-Streifen ist daher absolut unbedenklich.

Natürlich gibt es Ausnahmen, indem etwa über längere Zeit mit einer hellen LED-Taschenlampe direkt in die Augen geblendet wird oder jemand direkt unter seinem Monitor ein LED-Band anbringt, dass ihn über Stunden frontal blendet. Nur wie realistisch sind derartige Beispiele?

Sonderfälle der Gefährdung gibt es am ehesten in der Produktion von LED-Leuchten und Lampen, wo die Mitarbeiter sehr lange Zeit einer hellen Bestrahlung von LED-Licht ausgesetzt sind. Für den normalen Alltag, sei es privat oder auf Arbeit liegt die Gefährdung von LEDs jedoch weit unter dem, was z.B. nur die Sonne an blauer Strahlung emittiert.

4) LEDs flackern und stören damit das Wohlbefinden

Den meisten Mythen liegt eine Wahrheit zu Grunde, aber es ist absolut falsch, diese als generelle Regel anzunehmen. So ist es auch hier.

Woher kommt die Annahme, dass LED-Licht flickert oder flimmert?

(Anm.: Der Begriff „Flackern“ bezeichnet eine eher unregelmäßige Helligkeitsschwankung, also wie z.B. das Flackern einer Kerze)

In der Tat gibt es eine Reihe LED-Lichtquellen, die störend flickern können. Hierzu gehören insbesondere Retrofit-Leuchtmittel, also LED-Lampen für die Standard Glühlampenfassungen E27 und E14. Woher kommt das Flickern? Unser Stromnetz arbeitet mit einer 230 Volt Wechselspannung mit 50Hz. D.h. 50 mal in der Sekunde wird eine Sinuswelle beschrieben. Auch eine Glühlampe zeigt an einer solchen Sinuswelle Helligkeitsschwankungen, da der Glühfaden aber sehr träge ist, sind die Schwankungen sehr gering und werden vom Menschen nicht wahrgenommen.

Anders ist es bei LEDs, denn diese reagieren überhaupt nicht träge, sondern setzen jede Veränderung in der Spannung sofort in einen veränderten Helligkeitswert um. Das Flickern von LEDs an einem 50Hz Sinus ist also wahrnehmbar! I.d.R. wird der Sinus durch die LED-Elektronik gleichgeschaltet, d.h. es entstehen 100Hz Halbwellen, aber auch dies ist noch als Flickern wahrnehmbar.

Links: 50Hz Wechselpannung | Rechts: Gleichgerichteter Sinus (100Hz)

Hochwertige LED-Leuchtmittel setzen komplexere Elektronik ein, die z.B. durch Kondensatoren die Halbwellen noch etwas glätten, aber generell ist in den kleinen E27 und besonders E14-Sockeln sehr wenig Platz für hochwertige Elektronik.

Viele LED-Retrofit-Lampen aber auch andere günstige LED-Leuchtmittel, wie Tubes, Panels, LED-Lichtschläuchen usw. können also durchaus flickern, insbesondere wenn Sie direkt an 230V betrieben werden.

Es gilt aber mit Sicherheit nicht generell, dass LEDs flickern. Im Gegenteil. Eine LED – als Diode – kann in nur einer Richtung betrieben werden und wird daher sehr oft über eine einfache Gleichspannung versorgt. Z.B. werden LED-Streifen oft direkt an einer Konstantspannungsquelle (24V oder 12V) betrieben und da kann nichts flickern. Es ist ein konstante Spannung, ein konstanter Strom und damit auch eine konstante Helligkeit.

Soll eine solche LED – oder LED-Streifen – nun gedimmt werden, kann z.B. einfach der Strom reduziert werden und nach wie vor gibt es keinerlei Helligkeitsschwankungen. Da die Stromregelung aber weniger präzise ist und technisch etwas aufwendiger, wird häufiger die sogenannte Pulsweitenmodulation (kurz PWM) eingesetzt. Dabei werden die LEDs sehr schnell ein und ausgeschaltet und damit die Illusion einer Helligkeitsreduzierung erreicht.

PWM Ansteuerung mit unterschiedlich hoher Frequenz

Die LEDs reagieren, wie gesagt, sofort auf eine Änderung des Stromes und daher ist dieses harte Ein / Aus Schalten in Sachen Flickern natürlich noch einmal viel deutlicher als z.B. eine Sinuswelle wie oben beim Wechselstrom beschrieben. Eine 100Hz PWM würde z.B. ein derartig deutlichen Flickern erzeugen, dass es als Stroboskopeffekt sofort unerträglich wäre. Sehr billige PWM-LED-Controller arbeiten mit 200Hz, was immer noch ein deutlich störendes Flickern verursacht. Als Minimum sollten daher 400Hz angesehen werden, moderne Controller arbeiten mit >1.000Hz.

LED Funk-Controller
Modernen LED-Controller mit 1.500Hz PWM

Ein 1.000Hz Flickern ist technisch natürlich immer noch ein Flickern. Allerdings kann eine derart hohe Frequenz nicht mehr vom Auge aufgelöst werden und es sind hier wissenschaftlich keinerlei Beeinträchtigungen oder gar Schädigungen festgestellt wurden. Das LED-Streifen an modernen LED-Controllern durch Ihr Flickern also das Wohlbefinden stören, kann demnach als Mythos eingeordnet werden.

Auch dazu einige Links:

5) Warmweißes Licht ist nicht richtig hell

Hartnäckig hält sich das Gerücht, dass man mit warmweißen LEDs keine richtig helle Beleuchtung erzeugen kann. Dass man also kaltweiße oder zumindest neutralweiße LEDs benötigt, um eine wirklich helle Raumbeleuchtung zu erzeugen.

Dies ist natürlich Unsinn. Hier werden die Lichtfarbe (bei Weißlicht gemessen in Kelvin) mit der Lichthelligkeit (gemessen in Lumen) verknüpft. Es ist aber heutzutage problemlos möglich, auch mit warmweißen LEDs eine sehr helle, ja sogar extrem helle Beleuchtung zu realisieren.

Hier einmal 2 Beispiele:

LED-Streifen LK04-24b in warmweiß 2.700K
LED-Streifen LK04-26b in kaltweiß 6.000K

Das LED-Band LK04-24b ist in warmweißen 2.700K um ein vielfaches heller als das kaltweiße LK04-26b. Zwar hat das warmweiße LED-Band auch eine etwas über 2-fach höhere Leistungsaufnahme von 22 Watt/m, aber die Helligkeit liegt mit 3.300 Lumen/m mehr als 4 mal so hoch. Die warmweißen LEDs des LK04-24b sind also auch viel effizienter als die kaltweißen LEDs des LK04-26b. Es sind einfach andere LED-Typen verbaut.

Mit LED-Bändern, wie dem LK04-24b kann man selbst sehr große Räume auch indirekt extrem hell UND warmweiß beleuchten.

Woher kommt die falsche Annahme, dass nur mit kaltweißen LEDs hohe Helligkeiten erreicht werden können?

2 Erklärungen:

1) Vergleicht man bei selben LED-Typen verschiedene Farbtemperaturen direkt miteinander, sind in der Tat die kaltweißen LEDs noch ein wenig effizienter als die Warmweißen. So erreicht das oben erwähnte LK04-24b in kaltweißen 6.000 Kelvin sogar an die 4.000 Lumen/m. Die Unterschiede sind hier aber nicht so gravierend, dass man darauf seine Entscheidung für oder gegen eine Farbtemperatur fällen sollte. Möchte man eine höhere Helligkeit, greift man einfach zu einem anderen LED-Typ – nicht zu einer anderen Farbtemperatur.

2) Der Mensch verknüpft aus der Evolution heraus, warmweißes Licht (früher Feuer, Kerzen, einfache Glühlampen) mit Gemütlichkeit und im Vergleich viel weniger Helligkeit als das kaltweiße Licht (Tageslicht, Himmel, Sonne). Eine identisch helle kaltweiße Leuchte empfindet der Mensch als heller im Vergleich zu einer warmweißen, selbst wenn beide messtechnisch exakt die selben Lumen liefern. Die spektrale Empfindlichkeit der Augen wird bei der Bewertung über Lumen bereits berücksichtigt. Es ist also eine rein psychologische Einschätzung bzw. Interpretation des Gehirns.

Natürlich kann man dieses Empfinden nicht völlig außer Acht lassen. Möchte jemand bewusst den Effekt eines von Tageslicht durchfluteten, hellen Raumes mit künstlicher Beleuchtung erzeugen, so macht es keinen Sinn, dies mit warmweißen LEDs zu probieren – egal wie hell diese auch gewählt werden. Es geht hier auch um die Empfindungen, die das kaltweiße (oder neutralweiße) Licht in uns erzeugt und dann muss auch die Lichtfarbe zum gewünschten Effekt passen.

Die pauschale Aussage, dass warmweißes Licht nicht richtig hell ist, wird aber tagtäglich in tausenden hell UND warmweiß beleuchteten Räumen eindrucksvoll widerlegt.

48V LED-Streifen

Nach 12V und 24V-Versionen, zeigen sich nun auch langsam Vertreter einer neuen Generation LED-Streifen auf 48 Volt Basis. Warum diese Entwicklung?

Die ersten populären LED-Streifen arbeiteten nur mit einer Betriebsspannung von 12V. 3 LEDs werden dafür jeweils in einem Segment in Reihe geschalten, so dass sich vergleichsweise kurze, teilbare Segmente ergeben, was den LED-Streifen flexibel anpassbar macht. Ein LED-Band mit z.B. 60 LED/m, lässt sich dann 20 mal teilen, sprich alle 5cm.

Nachteil der 12V Betriebsspannung ist jedoch zum einen die hohe Stromstärke, die ggf. stärkere LED-Controller und dickere Kabel bedingt und des weiteren der schnelle Spannungsabfall bei 12V, der dazu führt, dass nur kurze Strecken (<5m) mit einer einzelnen Spannungseinspeisung realisierbar sind.

Da LED-Streifen mit der Zeit immer günstiger herstellbar waren, konnten schnell höhere LED-Dichten mit z.B. 120 LED/m und mehr realisiert werden. Hier konnten nun in einem 5cm-Segment gleich 6 LEDs untergebracht und mit 24V versorgt werden. Die Teilbarkeit blieb bei 24V also gleich, Spannungsabfall und Stromstärke halbierten sich aber. Alle modernen LED-Installationen werden daher mit 24V realisiert. Nur bei sehr kleinen Projekten, ggf. mit Akkuversorgung wird noch 12V eingesetzt.

Nun also der nächste Schritt: 48 Volt

Für 48V werden i.a.R. 12 LEDs in einem Segment zusammengefasst. Ein LED-Band mit 120 LED/m hat demnach 10 Segmente und ist alle 10cm teilbar. Für die meisten Anwendungen ist dieser Teilungsabstand noch genau genug. Vorteil ist die gegenüber 24V nochmals halbierte Stromstärke, so dass auch lange Installationen von >10m mit nur einer Spannungseinspeisung möglich werden. Gerade für Linienleuchten oder indirekte Beleuchtung in sehr schmalen Vouten kann das ein entscheidender Vorteil sein.

Die Auswahl an 48V LED-Streifen ist noch sehr begrenzt. Höhere LED-Dichten mit z.B. 240 LED/m wären für einige Anwendungen wünschenswert.

Hauptproblem ist aber, dass es kaum LED-Controller / Dimmer gibt, die 48 Volt unterstützen. Hier müssen die Hersteller noch nachziehen.

Der Betrieb an LED-Schaltnetzteilen mit 48V (z.B. MEANWELL HLG-…-48) ist aber heute bereits möglich und über 1-10V Eingänge sind diese auch in gewissem Maße dimmbar.

Warum nicht gleich 230V LED-Streifen einsetzen?

Eine weitere Alternative sind LED-Streifen, die sich direkt an 230V betreiben lassen. Bei diesen sind noch viel mehr LEDs in einem Segment in Reihe geschaltet, so dass Sie mit einem einfachen kleinen Gleichrichter direkt an 230V betrieben werden können.

Die Stromstärken und der Spannungsabfall ist dabei sehr gering, so dass lange Installationen ohne neuerliche Spannungseinspeisung realisierbar sind.

Die 230V bringen aber auch zahlreiche Nachteile mit sich, die wir in einem eigenen Blogbeitrag zusammengefasst haben. Hauptproblem ist, dass 230V eine lebensgefährliche Spannung sind (Schutzkleinspannung endet bei 90VDC / 50VAC) und daher entsprechende Schutzmaßnahmen, wie ein dicker Silikonschlauch notwendig werden.

Wir sehen für 230V maximal im Außenbereich (Gartenbeleuchtung etc.) sinnvolle Anwendungen und setzen bei Innenanwendung auf zukünftige Entwicklungen im Bereich 48V.


Weitere Varianten von LED-Streifen


RGB auf Warmweiss gemischt (nah)

Weißes Licht mit RGB-LEDs mischen

RGB-LED Streifen mit roten, grünen und blauen Chips sind sehr gut geeignet, um Farbeffekte, z.B. als Lichtakzent in einem Wohnraum oder an Gebäuden usw. zu erzeugen.

Aber lässt sich mit RGB-LED Streifen auch überzeugendes, weißes Licht erzeugen, sprich Warmweiß, Kaltweiß und Neutralweiß oder wirkt dieses über RGB-LEDs erzeugte Weiß einfach stets unnatürlich?

RGB Neonflex

Die Antwort ist generell zweigeteilt und davon abhängig, für welchen Zweck man das weiße Licht einsetzen möchte. Wir unterscheiden hierbei zwischen reinem Effektlicht und einer richtigen Beleuchtung, sprich wo ein ganzer Raum oder ein Bereich erhellt werden soll.

RGB-LED-Streifen bei reinem Effektlicht

Häufig werden LED-Streifen als reiner Lichteffekt gesetzt. D.h. nur das LED-Band selbst (häufig in einem Aluprofil mit milchig-opaler Abdeckung) soll als Effekt wirken oder es wird ein kleiner Bereich an einer Wand oder in einem Möbel damit angestrahlt, wobei es rein um den Effekt geht. Hier 2 Beispiele:

Indirekte Efefktbeleuchtung
Blaues Effektlicht an der Decke
Lichteffekt in der Fensterlaibung

In beiden Beispielen werden die LED-Streifen nur als kleiner Akzent oder Effekt eingesetzt. Sie haben keine wirklichen Beleuchtungsaufgaben.

Derartige kleine Lichtakzente möchte man natürlich nicht immer nur in gesättigtem blau, grün oder rot haben, sondern eventuell auch einmal in einem dezenten Warm- oder Kaltweiß. Dies ist auch mit reinen RGB-LED-Streifen sehr gut machbar.

Der RGB-Farbraum

Rechts sehen wir die wohl bekannteste Darstellungsart für Farben, die CIE1931 Farbraum. Er stellt in dieser Art „Schuhsohle“ alle theoretisch möglichen Farben dar.

Eingezeichnet sind zudem die Farborte einer roten, grünen und blauen LED. Diese spannen ein sogenanntes „Farbdreieck“ auf (hier weiß markiert) und alle Farben innerhalb dieses Dreiecks sind mit den roten, grünen und blauen LEDs mischbar.

Ein Fernseher z.B. macht es nicht anders.

In der Mitte die schwarzen Zahlen und Linien stellen verschiedene Weißarten dar. Der gelbliche Punkt markiert z.B. ein Warmweiß mit ca. 2.700 Kelvin. Weiter links wären die Neutral- und kaltweißen Töne bis hoch zu 10.000 Kelvin.

Alle diese Weißtöne sind also problemlos über RGB-LEDs mischbar.

Wie sieht dies nun in Realität aus? Dazu haben wir einen Test aufgebaut:

Test mit RGB-LEDs im Vergleich zu weißen LEDs

Im folgenden haben wir einen Test aufgebaut, bei dem links ein typischer RGB-LED-Streifen verbaut ist (der LK04-3c von LED-Studien.de) und rechts ein CCT-LED-Streifen mit hochwertigen (CRI>90), kaltweißen und warmweißen LEDs (LK04-9d von LED-Studien.de).

Rechts bzw. unten liegen beide LED-Streifen unter einer milchigen Acrylplatte, so dass man das Licht beim Durchscheinen (Transmission) beurteilen kann. Links bzw. oben steht eine weiße Platte senkrecht auf den Streifen, so dass man hier den Lichteffekt auf der Platte (Reflexion) sehen kann. Letzteres würde also eine indirekten Effektbeleuchtung entsprechen.

Die LED-Streifen sind so angeschlossen, dass wir links alle Farben und rechts die beiden Weißtöne individuell ansteuern und dimmen können.

Wir können nun Rot, Grün und Blau in ein Verhältnis bringen und so dem warmweißen Licht des CCT-LED-Streifens links angleichen. Dies geschieht einfach per Auge. Für ein Warmweiß benötigen wir sehr viel Rot und Grün und nur wenig Blau. Nach einigem Probieren und Optimieren wird folgendes Ergebnis erreicht:

Sowohl bei der Transmission, als auch der Reflektion wird ein sehr ähnlicher Weißlichtton erreicht. Ein überzeugendes Warmweiß.

Für ein Kaltweiß müssen primär blaue und grüne LEDs gemischt werden und dazu noch ein wenig Rot. Auch hier lässt sich ein überzeugendes Ergebnis erreichen.

Zwischentöne, wie ein Neutralweiß mit beispielsweise 4.000K, sowie besonders warme Töne unter 2.700 Kelvin oder sehr kalte im Bereich 10.000K sind genauso darstellbar.

WICHTIG: Die RGB-LEDs lassen sich stets nur für eine Transmissions- oder Reflexionsfarbe an die weiße Vorgabe anpassen. Als Beispiel: Haben Sie eine weiße Wand, so können die RGB-LEDs derart gemischt werden, dass Sie auf dieser weißen Band wie ein realistisches Warmweiß wirken. Das ist machbar.

Jede andere Farbe, als Beispiel eine Holzvertäfelung, die einen Teil der weißen Wand verkleidet, wird aber verfälscht wiedergegeben. Die Mischung aus RGB-LEDs wird auf dem Holzuntergrund dann nicht wie Warmweiß aussehen, sondern kann komplett verschoben sein und „falsch“ wirken. Dies liegt an dem verfälschten, sehr löchrigen Lichtspektrum der RGB-Mischung.

RGB-LED Streifen bei richtiger Beleuchtung

Sobald eine Lichtquelle nicht nur für reine Effekte und kleine Akzente eingesetzt wird, sondern wirklich etwas beleuchten soll, wird die spektrale Zusammensetzung dieser Lichtquelle entscheidend. Schauen wir uns also einmal die Lichtspektren des über RGB gemischten Weiß im Vergleich zu echten weißen LEDs an:

WARMWEISS

Spektrum echte warmweiße LED
Spektrum „warmweiß“ über RGB gemischt

KALTWEISS

Spektrum echte kaltweiße LED
Spektrum „kaltweiß“ über RGB gemischt

Diese völlig anderen, lückenhaften Spektren bei den RGB-Mischungen führen dazu, dass die Beleuchtungsergebnisse stark voneinander abweichen. Vereinfacht ausgedrückt: Eine Lichtquelle, die z.B. fast gar keine gelben Spektralanteile hat, wie hier die RGB-LEDs, kann z.B. den Farbton einer gelblichen Wand oder auch von hellem, gelblichen Holz überhaupt nicht richtig wiedergeben.

Man spricht in diesem Zusammenhang von den Farbwiedergabe-Eigenschaften. Diese können auch rechnerisch bestimmt werden, wobei die bekannteste Methode hier der Color Rendering Index, kurz CRI ist. Sehr gute Lichtquellen erreichen einen CRI>90. RGB-LEDs liegen deutlich unter 50.

Das Ergebnis schlechter Farbwiedergabe zeigt der folgende Vergleich. Links haben wir eine hochwertige, warmweiße LED, rechts das gemischte Warmweiß mit RGB-LEDs.

Vergleich CRI Farbwiedergabe

Die Farbverfälschungen ziehen sich durch fast alle Bereiche. Gelb, Orange, Hautton, Braun, Türkis, Hellblau, Hellgrün u.a. Einzig Weiß- und Grautöne werden hier gut getroffen, den daraufhin wurde das RGB-Licht auch optisch gemischt.

Fazit

Für Beleuchtungsaufgaben sind RGB-LED-Streifen keine gute Option, da das Lichtspektrum zu lückenhaft und damit die Farbwiedergabe unnatürlich und verfälschend ist. Unter derartigem Licht lässt sich weder angenehm arbeiten, noch essen, kochen, Zeitung lesen usw.

Nutzen Sie hier also unbedingt RGBW-LED-Streifen, die neben den farbigen LEDs auch eine richtige, hochwertige weiße LED bieten.

Für reine Effektanwendungen und kleine Akzente ohne Beleuchtungsaufgabe, kann man jedoch auch RGB-LED-Streifen einsetzen. Ein überzeugendes weißes Effektlicht lässt sich auch mit diesen präzise mischen. Solange nur das Licht selbst betrachtet wird oder nur eine feste Farbe (z.B. weiße Wand) beleuchtet wird, fällt nicht wirklich auf, dass gar keine echten weißen LEDs im Einsatz sind.

Nano beschichtete LED-Streifen

Sehr neu am Markt sind sogenannte Nano beschichtete LED-Streifen oder englisch Nano coating LED strips.

Bei diesen LED-Bändern gibt es eine hauchdünne, kaum sichtbare Silikonbeschichtung, die die Streifen wasserfest macht.

Es wird dabei IP44 und z.T. auch IP65 erreicht. D.h. die Streifen sind auch außen im Regen oder im Badezimmer einsetzbar, aber nicht für das Untertauchen geeignet. Für dauerhaften Einsatz Unterwasser wird IP68 benötigt.

Mit Silikon überzogene LED-Streifen gibt es natürlich schon sehr lang am Markt. Bis dato war dies aber immer eine recht dicke Silikon-Wulst, die die LED-Streifen sehr starr machte. Das Gewicht der Silikon-Wulst sorgte zudem regelmäßig dafür, dass hängend verklebte LED-Streifen sich recht schnell wieder lösten. Die neuen Nano beschichteten LED-Stripes sind deutlich leichter und daher besser für eine hängende Montage geeignet.

Auch war es bei den Streifen mit dicker Silikon-Wulst immer recht aufwendig, überhaupt an die Löt-Kontakte heran zu kommen. Dies ist bei den Nano beschichteten Bändern einfacher.

Bänder mit Nano-Beschichtung sind aktuell in den Varianten warmweiß, neutralweiß, kaltweiß und RGBW erhältlich.

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RGB+CCT oder RGBW-LED-Streifen?

Für eine hochwertige LED-Beleuchtung mit Farbeffekten und gutem Weißlicht gibt es aktuell 2 verschiedene Arten von LED-Streifen. Die klassischen RGBW-LED-Bänder, bei denen RGB-Farb-LEDs mit nur einer weißen LED gemischt werden und die neueren RGB+CCT LED-Streifen, bei denen warmweiße und kaltweiße LEDs gemeinsam eingesetzt werden:

RGBW LED-Lichtband 12v & 24V
RGBW LED-Streifen
RGB+CCT LED-Streifen
RGB+CCT LED-Streifen

Auf den ersten Blick erscheint es natürlich von Vorteil, gleich 2 Arten weißer LEDs zur Verfügung zu haben. So lassen sich sehr einfach auch verschiedene Farbtemperaturen einstellen und das Licht von einem gemütlichen Warmweiß bis hin zu einem eleganten Kaltweiß verändern.

In diesem Artikel zeigen wir, dass RGB-CCT LED-Bänder aber auch eine Reihe Nachteile haben und sich auch mit RGBW-LED-Streifen sämtliche Farbtemperaturen realisieren lassen. Für nahezu alle Anwendungen sind RGBW-LED-Bänder besser geeignet als die neuen RGB+CCT LED-Streifen.

Nachteile von RGB+CCT LED-Bändern

Beginnen wir einmal direkt mit den Nachteilen von RGB+CCT LED-Bändern gegenüber herkömmlichen RGBW-LED-Bändern:

1) Weniger helles Weiß

Bei den typischen RGB+CCT LED-Streifen sind 5 verschiedene LED-Chips in einem Gehäuse untergebracht, sogenanntes 5in1 Konzept. Die 3 Farben Rot, Grün und Blau, sowie die warmweiße und die kaltweiße LED teilen sich die Gesamtleistung i.d.R. zu gleichen Teilen. Hat das Band z.B. eine Gesamtleistung von 20 Watt/m, stehen für die warmweißen LEDs z.B. nur 4 Watt zur Verfügung. Das ist nicht besonders hell.

Bei einem klassischen RGBW-LED-Band sind nur 4 LED-Chips verbaut, so dass für das Warmweiß dann im Vergleich zumindest 5 Watt zur Verfügung stehen, also 25% mehr Leistung und damit auch 25% mehr Helligkeit. Zudem gibt es spezielle RGB+W LED-Bänder mit extra hellen weiße LEDs, wie das LK04-6o von LED-Studien. Hier haben die weißen LEDs fast 15 Watt/m Leistung und erzeugen über 1.000 Lumen/m. Dies genügt auch für eine richtige Raum-Hauptbeleuchtung.

RGB+WW LED-Streifen
RGBW-LED-Band mit extra hellem Weiß

2) Farben und Weiß nicht zugleich einstellbar

Viele Steuerungen erlauben es bei RGB+CCT nicht, dass gleichzeitig die RGB-Farben und die Weißtöne eingestellt werden können. Entweder leuchten nur die Farb-LEDs oder nur die weißen LEDs.

Als Beispiel die RGB+CCT Steuerung LK55t5w:

Links lässt sich die Farbtemperatur verändern. Auf dem rechten Slider lassen sich die RGB-LEDs steuern. Es geht aber niemals beides gemeinsam. Sobald man z.B. auf den RGB-Slider drückt, gehen die weißen LEDs automatisch aus und umgekehrt.

RGB+CCT Wandsteuerung

Dies hat zum Nachteil, dass sich nur sehr gesättigte Farben einstellen lassen und z.B. kein Hellblau, kein Hellgrün, kein Rosa usw. denn dafür müsste man den farbigen LEDs ein Weiß beimischen können. Bei RGBW hingegen ist dies in aller Regel problemlos möglich.

3) Höhere Anfälligkeit für Defekte

LEDs, die mehrere Chips kombinieren, wie z.B. 4in1 RGBW-LEDs müssen sehr viele Funktionen und damit Lötkontakte auf wenig Fläche vereinen. So sind bei einer 4in1 RGBW-LEDs 8 winzige Lötkotakte auf dem LED-Band an jeder einzelnen LED. Die Leiterbahnen für die Zuführung des Stromes sind dementsprechend recht dünn und eng.

Je mehr Funktionen auf einem einzigen LED-Band vereint sind, desto enger und kleiner werden sätmliche Lötkontake und Leiterbahnen.

Dadurch wird das gesamte Band eher anfällig für Defekte, da z.B. bei unvorsichtigem Biegen die kleinen Lötkontakte schneller abreißen oder Leiterbahnen knicken.

Bei RGB+CCT LED-Bändern ist es dann noch mal 1 Chip mehr, d.h. 10 Lötkontakte an jeder LED, noch engere Leiterbahnen und damit insgesamt noch einmal ein deutlich gesteigerte Fehleranfälligkeit.

8 enge Lötkontakte bei einer 4in1 RGBW-LED

Vorteile von RGB+CCT LED-Streifen

Der Vorteil eines RGB+CCT LED-Streifens ist natürlich die komfortable Änderung der Farbtemperatur von warm- nach kaltweiß. So lassen sich gemütliche Lichtstimmungen mit Warmweiß und solche für höhere Konzentration mit Neutral- oder Kaltweiß sehr schnell einstellen.

So kann z.B. in einem Wohnzimmer am Nachmittag ein Neutralweiß gewählt werden, da man hier noch konzentriert am Esstisch arbeiten möchte oder vielleicht auch das Wohnzimmer putzt. Beim Abendessen wird man dann aber sicher einen warmweißen, gemütlicheren Lichtton bevorzugen.

Welche Farbtemperatur im Wohnzimmer. Warmweiß, Neutralweiß, Kaltweiß.
Verschiedene Weißtöne von warm- bis kaltweiß in einem Wohnzimmer

Die selbe Änderung des Weißtons lässt sich aber genauso auch mit einem normalen RGBW-LED-Streifen erreichen. Dafür braucht es kein RGB+CCT.

Farbtemperatur-Einstellung mit RGBW-LED-Streifen

Es ist nicht notwendig, extra verschiedene weiße LEDs zu verbauen, nur um zwischen warmweißen, neutralweißen und kaltweißen Licht wechseln zu können. Das gleiche lässt sich erreichen, indem man nur einer verbauten weißen LED (z.B. ein schönes Warmweiß) bei Bedarf farbige LEDs beimischt.

Im folgenden der Farbraum eines RGBW-LED-Streifens:

Die Farb-LEDs Rot, Grün & Blau spannen ein Dreieck auf. Alle Farben, die innerhalb des weißen Dreiecks liegen, können problemlos erzeugt werden. Dazu gehören auch die Weißtöne, die in der Mitte auf der schwarzen Kurve abgebildet sind. Diese reichen von sehr warmweißen 2.000K bis sehr kalten 10.000K.

Damit auch natürliche Farben wiedergegeben werden – Stichwort Farbwiedergabe und CRI – muss dabei ein hochwertiges, gut gefülltes Lichtspektrum erzeugt werden. Dafür sorgt hier die warmweiße LED.

RGBW-Farbraum

In einem Test wurden mit einem RGBW-LED-Band LK04-6d von LED-Studien verschiedenste Farbtemperaturen eingestellt:

Verschiedene Farbtemperaturen über RGBW-LED-Streifen realisiert

Hierbei werden die Farbtemperaturen nicht nur optisch sehr präzise erreicht, sondern auch mit einem sehr guten Lichtspektrum und dementsprechend hoher Farbwiedergabe. Als Beispiel 3 verschiedene Messergebnisse mit Lichtspektrum und CRI-Wert:

Kaltweiß mit RGBW
Neutralweiß mit RGBW

Warmweiß mit RGBW

Wie gesagt, wurden alle Ergebnisse mit ein und demselben LED-Band LK04-6d erzielt, dass nur warmweiße LEDs verbaut hat und keinerlei kaltweißen oder andere weiße LEDs. In den Spektren vom kaltweißen und neutralweißen Ergebnis sieht man, wie die blauen und grünen LEDs das Spektrum ergänzen und so die neuen Weißlichttöne erzeugen.

Dabei werden auch durchgängig gute CRI-Werte deutlich über 80 erzeugt. Hat man warmweiße LEDs mit CRI>90 als Basis, wie z.B. beim LK04-6o, werden auch die gemischten Neutral- und Kaltweiß über 90 liegen. Es sind auch noch extreme Farbtemperaturen bis in Richtung 2.000K und 10.000K möglich.

Die einmal eingestellten Farbtemperaturen können bei vielen Funksteuerungen, wie z.B. der LK55-Serie von LED-Studien abgespeichert und bei Bedarf jederzeit wieder aufgerufen werden.

So hat man dann auf der 1 z.B. ein gemütliches Warmweiß, auf der 2 ein kühleres Neutralweiß und auf 3 & 4 noch zwei interessante Farbeffekte.

RGBW LED Handfernbedienung
RGBW-Fernbedienung mit 4 Speicherplätzen

Fazit

Der Artikel zeigt, dass es aus unserer Sicht i.d.R. keinen wirklichen Bedarf für RGB+CCT Lösungen gibt. Verschiedenen Farbtemperaturen in hochwertiger Qualität können mit normalen RGBW-LED-Streifen genauso erzeugt werden und das bei höherer Helligkeit. Zusätzlich sind RGBW-LED-Bänder weniger anfällig für Defekte und Sie erlauben es auch ohne Probleme, Pastellfarben wie Hellblau, Rosa usw. einzustellen.

Als einziger Vorteil bei RGB+CCT bleibt, dass man hier auch stufenlos die Farbtemperatur verändern kann. Bei RGBW sind aktuell nur voreingestellte Farbtemperaturen über Speicherplätze möglich. Die Erfahrung zeigt aber, dass man im Alltag nur ganz am Anfang vielleicht noch ab und an eine stufenlos einstellbare Farbtemperatur nutzt und dann sehr schnell 1 oder 2 Speicherplätze mit den gewünschten Farbtemperaturen belegt und fortan einfach schnell über die Speicherplätze die passende Lichtstimmung wählt.

Extra Flexibilität mit Bendable LED-Streifen

Für bestimmte Anwendungen ist es wichtig, dass sich das LED-Band ganz besonders flexibel verlegen lässt. Alle LED-Streifen sind in einer Richtung recht gut biegbar und können sich so auch Rundungen und geschwungenen Konturen anpassen. Bendable LED-Streifen können dies in alle Richtungen!

Bendable LED-Streifen

Beim Bendable LED-Streifen ist das Band in einer Art Zick-Zack Muster aufgebaut. Die wechselseitigen Kerben link und rechts erlauben es, dass das Band so auch um Kurven und Biegungen geführt werden kann.

Mit diesem Aufbau sind Bendable LED-Streifen die flexibelsten LED-Bänder am Markt und z.B. für Logos, Schriften usw. sehr gut geeignet. Es gibt kaum Formen, die nicht realisierbar sind.

Durch die Untergliederung des Bandes gibt es allerdings auch Nachteile. So sind Bendable LED-Streifen i.a.R. nur mit max. 60 LED/m bestückt. Eine engere Bestückung ist durch die Zick-Zack Muster im Trägermaterial nicht möglich. Zudem können Bendable LED-Bänder nur mit eher geringer Helligkeit gefertigt werden. Die recht dünnen Leiterbahnen auf dem Band können größere Leistungen und damit Stromstärken nicht übertragen.

Der LK04-7f von LED-Studien z.B. arbeiten mit 60 LED/m und können ca. 700 Lumen/m erzeugen. Für typische Akzent- und Effektanwendungen ist dies aber absolut ausreichend. Verfügbar sind die Bänder in warmweiß und neutralweiß.


Weitere Varianten von LED-Streifen


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LED-Streifen mit Extra-Warmweiß

Warmweiße LED-Bänder sind sehr beliebt, besonders bei der Gestaltung von Innenräumen. Häufig wird eine gemütliche Lichtstimmung bevorzugt und so werden Warmweißtöne mit 3.000K oder 2.700K gewählt.

Vergleicht man diese Weißtöne aber mit anderen, als gemütlich wahrgenommenen Lichtarten, fällt auf, dass durchaus noch niedrigere Kelvin-Werte sinnvoll wären. So hat eine normale Glühlampe um die 2.900 Kelvin, gedimmt sinkt die Farbtemperatur aber deutlich ab, auf 2.500K und noch weniger. Das Feuer einer Kerzenflamme z.B. hat gar deutlich unter 2.000 Kelvin.

Es gibt daher für gemütliche Lichtstimmungen einen klaren Bedarf nach besonders niedrigen Farbtemperaturwerten und dieser wird auch adressiert. So gibt es rein weiße LED-Bänder in einigen Fällen nicht nur in Varianten mit 3.000K oder 2.700K sondern auch mit besonders warmen 2.300K und mehr. Ein Beispiel wäre das LED-Band LK04-26b von LED-Studien, das auch in 2.300 Kelvin und sogar in einer Variante mit nur 1.800 Kelvin verfügbar ist:

CCT LED-Streifen mit sehr warmen Weiß

Auch LED-Streifen mit einstellbarer Farbtemperatur, auch CCT oder Tunable White LED-Stripes genannt, gibt es mit besonders niedrigen Farbtemperaturen. Typisch sind bei CCT-LED-Streifen Farbtemperaturbereiche von warmweiß 3.000 oder 2.700K bis kaltweiß 6.000K, die sich stufenlos einstellen lassen. Wie oben bereits erwähnt, sind für gemütliche Lichtstimmungen oft noch wärmere Weißtöne gewünscht, die z.B. an gedimmtes Glühlicht oder gar Kerzenlicht erinnern.

Im Beispiel oben werden die Möglichkeiten eines CCT-LED-Streifens gezeigt, der so etwas kann. Der LK04-9g von LED-Studien.de bietet einen Farbtemperaturbereich von 2.200 extra warmweiß bis 4.000K neutralweiß. Er arbeiten mit 120 LED/m, wobei die 60 extra warmweißen LEDs um die 600lm/m erzeugen können und die 60 neutralweißen LEDs sogar 800lm/m. Der LK04-9g ist somit für Akzentanwendungen sehr gut geeignet, aber auch zur Grundbeleuchtung kleiner bis mittelgroßer Räume:

Wirft man einen Blick auf die Farbspektren der beiden LED-Typen, erkennt man zum Einen den sehr ausgeprägten rötlichen Anteil bei den LEDs mit 2.200 Kelvin und zum Anderen, dass beide LED-Typen eine extrem gute Farbqualität bieten. Beide erreichen sogar CRI>95 mit sehr guten Ergebnissen in praktisch allen Farbwerten:

Auch wenn kaltweißes Licht in Innenräumen hier in unseren Breitengraden nur äußerst selten zum Einsatz kommt, könnte die Frage aufkommen, warum der LK04-9g nur bis zu 4.000K Neutralweiß reichts und nicht stattdessen kaltweiße LEDs mit z.B. 6.000K verbaut hat. Schließlich wäre so ein noch größerer Farbtemperaturbereich möglich und 4.000K würden sich durch Mischen ja weiterhin erzeugen lassen.

Der Grund liegt in der speziellen Kurvenform der weißen Lichtarten. Man spricht auch vom Planck’chen Kurvenzug. Die verschiedenen Farbtemperaturen sind nämlich nicht auf einer Gerade angeordnet, sondern lichttechnisch und farbmetrisch bedingt, auf einer recht deutlich gebogenen Kurve. Sichtbar als schwarzer Bogen in der folgenden Grafik eines uv-Farbdiagramms, der sich von unter 2.000K bis weit über 10.000K spannt. Die beiden farbigen Punkte sind die extra warmweiße und die neutralweiße LED des LK04-9g eingetragen im uv-Diagramm:

Nur Weißtöne, die auf dieser Kurve liegen, werden als reine Weißtöne erkannt. Liegt eine weiße LED z.B. über dem Kurvenzug, was häufig vorkommt, nehmen wir dieses Weiß als grünstichig wahr. Liegt die weiße LED unter dem Kurvenzug, wird sie als rosa oder magenta-stichig angesehen.

Werden 2 Farben gemischt, wird sich die gemischte Farbe immer auf einer Gerade zwischen den beiden Originalfarben befinden. Ganz zwangsläufig wird also beim Mischen von warmweißen und kaltweißen LEDs das Resultat unterhalb des Kurvenzugs liegen und daher mehr oder weniger rosa-stichig sein.

Der Farbtemperaturbereich von 2.200K bis 4.000K beim CCT-LED-Band LK04-9g ist also ganz bewusst gewählt, da sich hier die gemischten Farbtemperaturen, z.B. ein 3.000K noch recht nah am Kurvenzug befinden und der Rosa-Stich kaum zu sehen ist. Würde man hingegen 2.200K und 6.000K mischen, wären die Mischergebnisse deutlich weiter vom Kurvenzug entfernt und 3.000K oder 4.000K wären sichtbar rosa-stichig. CCT-LED-Streifen sollten daher niemals einen zu großen Bereich überspannen, denn dann wären alle Zwischenwerte mehr und mehr unbrauchbar. Dies gilt insbesondere für LED-Streifen mit extra warmweißen LEDs.


Weitere Varianten von LED-Streifen


Lebensdauer bei LED-Streifen

Es ist allgemein bekannt, dass LEDs eine sehr lange Lebensdauer haben und z.B. viel seltener getauscht werden müssen als klassische Glühlampen. Zahlreiche Anbieter am Markt werden daher gern mit Lebensdauerangaben von 30.000, 50.000 oder gar 100.000 Stunden bei ihren LED-Streifen.

Um es klar zu sagen: Diese Angaben sind allesamt komplett unseriös und widersinnig!

Warum?

Klar ist, dass keiner diese riesigen Zeitangaben tatsächlich 1 zu 1 gemessen hat. 50.000h würde einem Testlauf von 6 Jahren bei 24h-Betrieb entsprechen. In 6 Jahren ist die getestete LED aber längst überholt und nicht mehr wettbewerbsfähig. Die Angaben werden daher aus verkürzten Tests bei erhöhter Umgebungstemperatur extrapoliert. So weit, so legitim. Eine andere Möglichkeit gibt es auch nicht.

Was beschreiben diese 50.000h aber genau?

Der Kunde ohne weitere Fachkenntnis geht bei einer solchen Angabe sicher davon aus, dass nach 50.000h das LED-Band noch in einer annehmbaren Helligkeit leuchtet. Dem ist jedoch nicht so. Zu einer professionellen Lebensdauerangabe gehört die Information, welcher Helligkeitsrückgang zu erwarten ist.

Angabe von L- und B-Wert

Über die sogenannten L- und B-Werte wird die Lebensdauerangabe genauer beschrieben. Häufig ist die Bewertung mit L70/B50, also z.B. in der Form „50.000h, L70/B50“. Was heißt das?

Zu Beginn leuchten die LEDs mit der im Datenblatt angegebenen Helligkeit, also z.B. 100 Lumen pro LED:

Zu Beginn der Lebensdauer leuchten alle LEDs mit 100%.

L ist der Wert für den Helligkeitsrückgang. Im Beispiel wird also nach 50.000h mit einem Helligkeitsrückgang auf 70% gerechnet. Hatte die LED ursprünglich eine Helligkeit von 100 Lumen, sind es jetzt noch 70 Lumen. Der B-Wert beschreibt, wie viele LEDs statistisch unter diese Helligkeit fallen werden. D.h. im konkreten Beispiel, dass die noch 70 Lumen nur für die Hälfte der LEDs erwartet werden. Die andere Hälfte kann noch dunkler sein, z.B. 50 Lumen oder auch nur 10 Lumen.

L70/B50: Nur 5 von 10 LEDs erreichen die Mindesthelligkeit von 70%

Eine Bewertung nach L70/B50 ist für die meisten Kunden also vollkommen wertlos, da die Hälfte der LEDs nach der angegebenen Stundenzahl überhaupt keine definierte Helligkeit mehr haben. Eventuell glimmen diese nur noch vor sich hin und wie viel die übrigen 50% mit zumindest noch 70% Helligkeit dann noch bringen, ist mehr als fraglich.

Im professionellen Bereich gibt es natürlich noch deutlich höherwertige Angaben. Als Beispiel eine sehr anspruchsvolle Bewertung nach L90/B10. Dies bedeutet, dass nach der angegebenen Lebensdauer immerhin noch 90% der Anfangshelligkeit erreicht werden und nur 10% der LEDs darunter liegen. Also von 10 LEDs mit einer Anfangshelligkeit von 100 Lumen werden 9 dann noch zumindest 90 Lumen aufweisen. Das ist schon sehr gut.

L90/B10: 9 von 10 LEDs erreichen die Mindesthelligkeit von 90%

Eventuell finden Sie irgendwo einen LED-Streifen, der nach L90/B10 bewertet ist

Allerdings gibt es leider ein ganz generelles Problem mit der L/B-Bewertung.

Die Ausfallrate C

Was passiert, wenn in der angegebenen Zeit (z.B. 50.000h) LEDs komplett ausfallen? Wird die beim B-Wert mit berücksichtigt? Die Antwort ist Nein. Ausgefallene LEDs werden bei der L/B-Bewertung komplett ignoriert. D.h. in einem extrem unglücklichen Fall könnte eine LED-Band mit einer Lebensdauerangabe von „50.000h, L70/B50“ auch so aussehen:

L50/B50, wobei 8 LEDs komplett ausgefallen sind

Noch 1 von 10 LEDs schafft die 70% Helligkeit, eine weitere liegt darunter und die restlichen 8 sind ausgefallen.

Dieser Umstand macht die Angabe über L/B-Wertet bei LED-Bändern nun vollends unbrauchbar. Wenn ausgefallene LEDs einfach ignoriert werden, ist eine Lebensdauerangabe ohne jede Relevanz.

In der Lichtindustrie wird die Ausfallrate separat über den Wert C angegeben. Ein C10 z.B. bedeutet, dass nach der angegebenen Stundenzahl max. 10% der LEDs ausgefallen sind. Über den Helligkeitsrückgang sagt der Wert C dabei nichts aus. Es werden nur Total-Ausfälle gezählt. D.h. nur die Kombination Von L, B und C-Wert machen bei der Anwendung von LED-Streifen Sinn. Z.B. in der Form „20.000h, L90/B10, C10“.

Die korrekte Angabe der Lebensdauer

Um das Ganze etwas zu vereinfachen, gibt es glücklicherweise auch eine Angabe, die Helligkeitsrückgang und Totalausfall zusammen bewertet. Der F-Wert berücksichtigt wie der B-Wert die LEDs, die eine gegebene Mindesthelligkeit nicht mehr erreichen UND schließt dabei auch Totalausfälle mit ein.

D.h. mit einer Angabe wie z.B. „30.000h, L70/F30“ ist zumindest gewährleistet, dass 7 von 10 LEDs nach den 30.000h noch mit wenigstens 70% der Anfangshelligkeit leuchten. Die übrigen 3 LEDs können dunkler oder komplett ausgefallen sein, aber für zumindest 7 von 10 LEDs gibt es eine klare Aussage:

L70/F30: Für zumindest 7 von 10 LEDs existiert eine klare Aussage

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass eine Lebensdauerangabe ohne Zusatz, also einfach nur „50.000h“ keinerlei Aussagekraft hat. Eine Angabe wie „50.000h L70/B50“ hat ebenso keine für die Praxis relevante Aussage, wenn nichts zur Ausfallrate C gesagt wird.

Einzig eine Angabe mit F-Wert, wie „L70/F30“ o.ä. kann für eine sinnvolle Abschätzung der Lebensdauer herangezogen werden.

Defekt LED-Streifen

Qualitäts-Vergleich bei LED-Streifen

Der Markt bietet eine nahezu unüberschaubare Anzahl an LED-Streifen. Von günstig bis hochwertig – mit Preisen von wenigen Euro pro Meter bis zu 30€ pro Meter und mehr.

LED-Bänder lassen sich recht leicht bezüglich der Helligkeit, der Watt-Zahl, der LED-Anzahl oder der Farbtemperatur vergleichen, aber wie lassen sich Aussagen zu Qualität und Lebensdauer treffen. 50.000h Lebensdauer behaupten fast alle, ohne das natürlich jemals getestet zu haben oder auch nur ein Ahnung davon zu haben, was zu einer seriösen Lebensdauer-Angaben alles dazu gehört. Diese Angabe bringt uns also nicht weiter. Mehr zum Thema „Lebensdauer bei LED-Streifen“ finden Sie in einem gesonderten Artikel.

Vergleich günstiger und hochwertiger LED-Bänder

Geht es um die Qualität von LED-Bändern sind 2 Bereiche besonders wichtig.

Dies ist zum Einen der Themenbereich Farbselektion / Binning und Farbwiedergabe. Hier geht es darum, wie viel Sorgfalt der Hersteller der LED-Streifen in die Auswahl der LEDs gesteckt hat. Wird billige Qualität verwendet und zu sehr gespart, ist das Ergebnis ein komplett unnatürliches Licht, das einfach „falsch“ wirkt. Wir sprechen hier von der Farbwiedergabe-Qualität.

Fast noch schlimmer ist es, wenn der Hersteller billig riesige, unselektierte Mengen an LEDs einkauft, da Sie dann unterschiedliche Farbstich auf einem LED-Band haben. Grünstichige LEDs mischen sich mit rosa-stichigen usw. und Sie erhalten ein völlig uneinheitliches Lichtbild. Wir sprechen hier von der Binning-Problematik.

Den Bereich Farbwiedergabe / Binning werden wir als erstes betrachten.

Der 2. Themenbereich betrifft die Robustheit und Langlebigkeit des LED-Streifens und hier spielen viele einzelne Qualitätsmerkmale eine Rolle:

  • Größe und Strom-Belastung der LED-Chips
  • Material und Stärke der LED-Verdrahtung (Bonding)
  • Aufbau des LED-Bandes (Double oder single-Layer)
  • Reinheit und Stärke der Kupfer-Leitbahnen
  • Ausführung der Löt-Pads und Löt-Verfahren
  • Toleranzen bei Vorwiderständen und KSQ-Treibern
  • Qualität der rückseitigen Klebestreifen
  • Intensität und Umfang der Ausgangskontrollen

Die Liste ließe sich noch weiter fortsetzen, aber dies sind die wichtigsten Qualitätsmerkmale. Bei all diesen Punkten lassen sich massiv Herstellungskosten sparen, wenn es das Ziel ist, ein möglichst billiges LED-Lichtband anzubieten. Die Probleme tauchen dann im Betrieb oder schon bei der Installation auf.

Wir zeigen daher, auf welche Punkte bei einem hochwertigen LED-Streifen Wert gelegt werden sollten.

Farbwiedergabe CRI

Der Begriff Farbwiedergabe beschreibt, wie natürlich eine Lichtquelle Farben wiedergeben kann. Man kennt dies von Energiesparlampen und später auch den ersten, technisch noch wenig ausgereiften LED-Lampen. Das Licht sieht „falsch“ aus, die Farben unnatürlich – mal fahl, mal völlig übersättigt.

Grund hierfür ist ein ungenügendes, lückenhaftes Lichtspektrum. Ganz besonders deutlich sieht man das Problem bei einfachen RGB-LED-Lampen – also solchen, die nur mit roten, grünen und blauen LEDs arbeiten und keine weißen LEDs besitzen. Ein Beispiel:

Vergleich CRI Farbwiedergabe

Links sehen wir eine hochwertige warmweiße LED mit gut aufgefülltem Lichtspektrum (das „Regenbogen“-Diagramm unten). Dieses ist das Referenz-Bild und es würde sich kaum von dem einer Glühlampe unterscheiden.

Rechts ist mit RGB-LEDs ebenfalls ein Warmweiß gemischt. Über rot, grün und blau lassen sich im Prinzip alle Lichtfarben mischen und das klappt im Ansatz auch gut. Vergleichen Sie die weißen und hellgrauen Testflächen in beiden Bildern. Dort ist kaum ein Unterschied zu erkennen.

Aber was ist mit den anderen Testfarben? Gelb, Orange – auch Türkis und Braun sehen komplett verschoben und unnatürlich aus. Grund hierfür ist das extrem lückenhafte Spektrum der RGB-LEDs, das z.B. kaum orange oder türkise Anteile enthält. Lichtanteile die fehlen, werden automatisch falsch wiedergegeben. Am eindrucksvollsten zeigt dies die Paprika unten links.

Achten Sie daher bei der Auswahl der LED-Streifen auf eine möglichst gute Farbwiedergabe! Angegeben wird diese i.d.R. über den CRI-Wert (Color Rendering Index). Dieser sollte nach Möglichkeit immer >90 sein, wofür aber hochwertigere LEDs eingesetzt werden müssen.

Binning / Farbselektion

Noch wichtiger als das Thema Farbwiedergabe (CRI) ist eine gute Farbselektion der LEDs. Man spricht häufig auch hierzulande vom englischen Begriff „Binning“.

Hintergrund ist, dass LEDs bei der Herstellung gewissen Toleranzen unterliegen. Insbesondere das Aufbringen der Phosphorschicht bei weißen LEDs spielt sich im Nanometer-Bereich ab, aber auch farbige LEDs zeigen große Abweichungen in der Produktion. Die Hersteller begegnen dieser Problematik, indem Sie die LEDs nach der Produktion vermessen und in verschiedene Farb- (und auch Helligkeits-)Kategorien unterteilen. Den sogenannten Bins.

Bei der Auswahl von LED-Streifen kommt es nun darauf an, dass diese ausreichend eng selektierte LEDs verwenden, da Sie ansonsten auf dem LED-Band unterschiedliche Farben wahrnehmen. Oder spätestens von einem Band zum Nächsten, wenn Sie mehr als 1 Rolle erwerben.

Bei sehr günstigen LED-Bändern ist eine ausreichend genaue, sorgfältige Selektion kaum realisierbar. Wie kann aber die Selektion bewertet werden?

LED Binning
Warmweiße LED-Streifen mit zu großer Bin-Toleranz

Eine weit verbreitete Angabe für die Selektionsgenauigkeit ist der SDCM-Wert. SDCM für Standard Deviation of Color Matching. Die engste Selektion ist SDCM<1. Für normale Anwendungen bei Privat und Gewerbe ist dies eventuell etwas übertrieben, aber eine SDCM<3 sollte vorhanden sein, da sonst leicht sichtbare Farbunterschiede zu befürchten sind.

Farb-Abweichungen nach SDCM

Robustheit und Langlebigkeit

Die Langlebigkeit eines LED-Streifen hängt von vielen Faktoren ab und es wichtig, dass bei keiner der Faktoren zu nachlässig bzw. zu billig produziert wird, denn sonst ist genau dort dann die Sollbruchstelle.

Aufbau des LED-Bandes

Auf einem LED-Lichtband sind die einzelnen Komponenten (LED-Chips, Vorwiderstände, ggf. Konstantstromtreiber und Lötpads) über Leiterbahnen aus Kupfer miteinander verbunden. Häufig laufen über diese Leiterbahnen recht hohe Stromstärken, den so zieht bereits ein 5m LED-Band mit 10W/m (entspr. einer eher mittleren Helligkeit) über 2 Ampere bei 24 Volt Betrieb. Bei 12V sogar über 4 Ampere. Leistungsstarke LED-Bänder können in den Bereich 5 – 10 Ampere kommen.

Die Kupferleitbahnen müssen daher von entsprechend hoher Qualität und Dicke sein. Hochwertige LED-Bänder verwenden Schichtdicken von 2oz (entspricht ca. 70 Mikrometer) und arbeiten mit 2 Schichten Kupfer – sogenanntes Double-Layer Prinzip – oberhalb und unterhalb des Trägers. Sehr leistungsstarke Bänder können gar bis 3 oder 4oz Schichtdicke aufweisen.

Double-Layer Konzept mit doppelter Kupferschicht im LED-Band

Wichtig ist zudem die Reinheit des Kupfers. Diese sollte 99,99% betragen, da sonst die Leitfähigkeit leidet.

All diese Faktoren (Schichtdicke, Double-Layer statt Single-Layer-Aufbau und die Reinheit des Kupfers) tragen zu einem verringerten Spannungsabfall bei. Als Beispiel: Ein billiges 24V, 10 Watt/m LED-Band kann 2 – 2,5 Volt Spannungsabfall auf 5 Metern Länge haben. Dies führt erstens zu einem Helligkeitsabfall auf dem Band und zudem zu einer zu hohen Strom- und Temperaturbelastung. Beides reduziert die Lebensdauer. Ein hochwertiger LED-Streifen hingegen wird einen Spannungsabfall von max. 1,5 Volt aufweisen.

Aufbau der LED-Chips

Auch bei der Auswahl und dem Aufbau der LEDs an sich lassen sich massiv Kosten sparen, was die Qualität und Langlebigkeit des LED-Streifens mindert.

Innerhalb jeder LED sitzt ein winziger Chip, der das Licht erzeugt. Dies ist die eigentlich Light Emitting Diode (LED) – alles außen herum ist nur Gehäuse. Billige LED-Streifen setzen möglichst kleine Chips ein, die günstiger sind und dennoch sehr hell leuchten können. Allerdings auf Kosten der Lebensdauer, da diese kleinen Chips weniger Möglichkeiten haben, Ihre Verlustleistung (= Verlustwärme) abzuführen. Dadurch wird auf die Dauer die Struktur des LED-Chips beschädigt und die Helligkeit sinkt.

Als Beispiel setzen hochwertige Hersteller bei dem sehr beliebten LED-Typ 3528 (das ist die Größe des Gehäuses in 3,5 * 2,8mm) Chips mit einer Größe von 9x26mil ein (40mil = 1mm). Sehr günstige Anbieter nutzen im selben 3528 Gehäuse nur einfache Chips mit 7x16mil. Diese sind nicht mal halb so groß und altern daher deutlich schneller.

Das nachfolgende Foto zeigt eine RGBW-LED (quadratisches 5050 Gehäuse) mit 3 winzigen LED-Chips in der Mitte. Der halbrunde Bereich links beinhaltet die weiße LED hinter einer Phosporschicht. Daher sieht man nur die 3 Chips für rot, grün und blau (rot leuchtet leicht im Bild) direkt:

RGBW LED im 5050 Gehäuse (winzige LED-Chips mit Bonddrähten in der Mitte)

Eine weitere Möglichkeit, Kosten zu sparen, ist der Einsatz minderwertiger, zu dünner Bond-Drähte. Dies sind die kleinen Drahtbrücken, die den Strom zum LED-Chip leiten. Bei hochwertigen LEDs sind die Bond-Drähte aus Gold für einen optimalen Kontakt, was aber natürlich ein Kostenfaktor ist. Billige Produkte setzen Kupfer oder Aluminium ein und nutzen zudem kleinere Querschnitte von z.B. nut 0.7mil (hochwertige arbeiten eher mit 0.9mil).

Minderwertiges Material und zu geringe Querschnitte können den Strom schlechter übertragen und reißen zudem schneller bei mechanischer (Biegen des LED-Bandes) oder thermischer Einwirkung.

Lötverbindungen

Ein weiterer wichtiger Faktor bezüglich Langlebigkeit ist die Qualität der Lötkontakte. Hier gibt es recht große Unterschiede bei der Güte der einzelnen Bauteile – insbesondere wie die Verbindungen und Anschlüsse gearbeitet sind. Sind die Kontakte glatt, gleichmäßig und hochwertig, wird die Lötverbindung lang halten und auch mechanischen sowie thermischen Einflüssen Stand halten.

Sind die Kontaktflächen aber eher rau und brüchig, entsteht hier schnell eine Sollbruchstelle.

Links: hochwertige Kontaktflächen an einer LED | rechts: minderwertige Qualität

Dies gilt für alle Kontaktflächen, also bei den LEDs, bei den Vorwiderständen und ggf. auch bei den Konstantstromtreibern. Besonders die Vorwiderstände sind gefährdet, da diese sehr klein sind und dementsprechend auch nur sehr kleine Kontaktflächen haben. Reißt der Kontakt bei einem Vorwiderstand ab, ist der Stromfluss sofort unterbrochen und die LEDs bleiben dunkel.

Selbstredend müssen alle in der EU angeboteten LED-Streifen mit bleifreien Lötverbindungen ausgeführt sein (ROHS Richtlinie), was einige Billiganbieter dennoch nicht davon abhält, weiter mit bleihaltigem Lot zu arbeiten. Bleifreies Lot stellt einige höhere Anforderungen an den Lötvorgang, was für einen Qualitäts-Anbieter aber kein Problem darstellt.

Zusammenfassung

Achten Sie also beim Kauf eines LED-Streifen auf folgende Eigenschaften:

  • Farbwiedergabe CRI>90 (sofern es keine reine Effektbeleuchtung ist)
  • Selektion / Binning min nach SDCM<3
  • LED-Band mit Double-Layer Aufbau (Dicke der Kupferbahnen min. 2oz, Reinheit 99,99%)
  • Einsatz großer LED-Chips (Bsp. 9 x 26mil)
  • Bonddrähte aus Gold (min. 0.9mil)

Zur Farbwiedergabe werden Sie bei besseren Anbietern im Online-Shop oder im Datenblatt entsprechende Angaben finden. Sehr gut Anbieter liefern zudem eine Spektralmessung mit, bei der Sie das Lichtspektrum, dass der LED-Streifen erzeugt, genau sehen können. Wird keine Angabe zum CRI gemacht, ist höchste Vorsicht geboten! Wahrscheinlich handelt es sich um minderwertige Billigware.

Die anderen Angaben, speziell zum Aufbau des LED-Bandes oder der LED-Chips werden Sie kaum online finden. Gute Händler werden Ihnen hier aber gern auf Nachfrage Auskunft geben. Kann der Händler keine Aussage machen oder liefert er nur Platitüden ala „höchste Qualität, 50.000h Lebensdauer, bla bla …“ ist wieder Vorsicht geboten. Entweder kennt er seine eigenen Produkte nicht oder er verkauft keine Qualität.