Wichtige Kennwerte bei LED-Streifen sind die Farbtemperatur und auch die Binning-Toleranz. Beide Begriffe sind bei sämtlichen LED-Streifen von Interesse, die mit weißen LEDs arbeiten. Also rein weiße LED-Streifen und Tuneable White LED-Streifen, aber auch bei RGBW und RGB+CCT LED-Band. Die Binning-Toleranz ist zusätzlich auch bei rein farbigen LED-Streifen wichtig.
Was genau beschreiben die beiden Kennwerte und was verbindet sie?
INHALT:
- Was bedeutet Farbtemperatur?
- Welche Farbtemperaturen sind empfehlenswert?
- Einstellbare Farbtemperatur / Tuneable White
- Farbstich bei LEDs
- FAZIT
Was bedeutet Farbtemperatur?
Mit der Farbtemperatur ist es möglich, weißes Licht genauer zu beschreiben. Sehr viele Lichtarten werden im Alltag als eine Art „weißes Licht“ angesehen. Das Licht von Glühlampen, von Energiesparlampen, von vielen LEDs natürlich, aber auch das diffuse Tageslicht oder das Licht der Sonne. Keiner würde diese Lichtarten als „farbiges Licht“ bezeichnen. Sie sind alle auf eine Art „weiß“, aber dennoch auch verschieden.
Über die Farbtemperatur können diese weißen Lichtarten nun unterteilt werden.
Die Einheit, die hierfür genutzt wird ist Kelvin oder kurz K. Typische Arten von weißem Licht liegen ungefähr zwischen 1.500 und 10.000 Kelvin. Je niedriger der Wert ist, desto wärmer oder rötlicher erscheint die Lichtquelle. Je höher der Wert ist, desto kühler oder bläulicher nehmen wir sie wahr.
Hier einige Beispiele:
- 1.500K: Kerzenlicht, Feuer, stark gedimmte Glühlampe
- 2.000K: Untergehende Sonne, gedimmte Glühlampe
- 2.900K: Glühlampen bei voller Helligkeit
- 4.000K: Typische Bürobeleuchtung, bewölkter Himmel
- 5.500K: Direktes Sonnenlicht
- 8.000K: Blauer Himmel (Werte bis 20.000K möglich)
Warum werden Farbtemperaturen mit Kelvin bewertet?
Kelvin ist eine bekannte Angabe für eine Temperatur. So entsprichst die niedrigste mögliche Temperatur von -273°C z.B. genau 0 Kelvin.
Die Farbtemperaturangaben bei weißem Licht basieren auf einem sogenannten „Schwarzen Strahler„, den man immer weiter erhitzt. Am besten kann man sich hier eine klassische Glühlampe an einem Dimmer vorstellen. Bei ganz kleiner Dimm-Stellung, erhält die Glühwendel nur wenig Leistung. Sie erwärmt sich bereits (auf z.B. 1.500 Kelvin), leuchtet aber nur schwach und sehr rötlich.
Führt man der Glühwendel mehr Leistung hinzu, wird diese weiter erhitzt und dabei heller sowie weniger rötlich. Bei voller Nenn-Leistung erreicht die Glühlampe dann ca. 3.000K und erscheint viel weniger rötlich als zu Beginn. Man könnte der Wendel noch mehr Leistung zuführen, dabei würde Sie weiter an Helligkeit und Temperatur gewinnen, aber irgendwann würde die Wendel reißen, da sie für derart hohe Temperaturen nicht gemacht ist.
Dieses Prinzip des „schwarzen Strahlers“ (die Glühwendel ist näherungsweise einer) ergibt nun die Zuordnung der Weißlicht-Farben zu den Kelvin-Werten. Auch bei Feuer lässt sich das Prinzip beobachten. Die heißesten Flammen sind die bläulichen (z.B. bei einem Gasbrenner), rötliche und gelbliche Flammen haben eine geringere Temperatur.
In einem Farbraum lassen sich die Farbtemperaturen als Kurvenzug abbilden.
Die Farbtafel zeigt alle existierenden Farben mit den entsättigten, weißen Farbtönen in der Mitte. Die einzelnen Farbtemperaturen des „weißen Lichtes“ bilden hier einen Kurvenzug (der schwarze Bogen, der von verschiedenen Geraden gekreuzt wird).
Würde man eine Glühlampe farblich vermessen und dabei dimmen, würde diese exakt auf dem Kurvenzug von etwa 3.000K bis 1.500K und darunter verlaufen.
Der Kurvenzug zeigt also alle rein weißen Farbtöne verschiedener Farbtemperaturen ohne Farbstich.
Welche Farbtemperaturen sind empfehlenswert?
Heutzutage sind Leuchtmittel – z.B. LED-Streifen – in allen erdenklichen Farbtemperaturen verfügbar und jeder kann nach Belieben mit verschiedensten Weißlichtarten experimentieren. Durch unzählige Untersuchungen haben sich aber bestimmte Wirkungen gezeigt, die einzelne Farbtemperaturen zumindest auf die meisten Menschen haben.
So wirken wärmere Farbtemperaturen um 3.000K und darunter eher beruhigend. Sie strahlen Gemütlichkeit und Behaglichkeit aus. Eine Assoziation zum Höhlenfeuer unserer Vorfahren ist sicherlich gegeben.
Kühlere Farbtemperaturen um 5.000K und darüber wirken eher aktivierend. Sie fördern die Konzentration und Aufmerksamkeit, können Müdigkeit entgegen wirken und ein generell kühleres Empfinden der Umgebungstemperatur hervor rufen.
Farbtemperatur im Wohnzimmer
Wohnzimmer werden i.d.R. mit warmen Farbtemperaturen (2.700 – 3.000K) beleuchtet. Dieser können besonders in den Abendstunden sehr zur Gemütlichkeit des Raumes beitragen.
Allerdings gibt es auch vermehrt Projekte, bei denen eher Neutralweiße Töne (4.000K) verwendet werden, was ein Wohnzimmer ggf. eleganter und moderner wirken lassen kann.
Farbtemperatur in der Küche
In einer Küche kann es sehr unterschiedliche Anforderungen geben. Wird die Küche eher als gemütlicher Raum des Zusammenkommens mit Essbereich gesehen, sind warme Farbtemperaturen (2.700 – 3.000K) zu empfehlen.
Ist die Küche eher Arbeitsbereich für die Essenszubereitung und / oder soll sie besonders modern wirken, sind auch neutrale Weißtöne (4.000K) nicht unüblich.
Farbtemperatur im Badezimmer
Beim Badezimmer ist es ähnlich wie in der Küche. Steht eher der gemütliche Aspekt im Vordergrund – z.B. mit einem ausgedehnten Vollbad – sind warme Farbtemperaturen (3.000K und darunter) zu empfehlen. Ist das Badezimmer eher der Ort, der einen früh Morgens auf den Tag vorbereiten und aktivieren soll, sind neutralweiße Töne (4.000K) besser geeignet.
Das Bad ist auch ein typischer Raum, bei dem Akzente mit Farbeffekten (RGBW) sinnvoll zur Geltung kommen können.
Farbtemperatur im Schlafzimmer
Schlafzimmer sollen i.a.R. Gemütlichkeit ausstrahlen. Warme Farbtemperaturen mit 2.700K und darunter sind zu bevorzugen.
Bei einem Schlafzimmer sind durchaus auch einmal extra-warmweiße Töne unter 2.500K überlegenswert, wenn man einen besonderen Eindruck von Behaglichkeit erreichen möchte.
Farbtemperatur im Arbeitszimmer / Homeoffice
Eine Beleuchtung im Arbeitszimmer sollte die Konzentration fördern und aktivierend wirken. Daher bieten sich hier vor allem neutralweiße Lichtfarben (4.000K) an.
Kaltweiß (6.000K) kann die Konzentration noch weiter fördern, aber gleichzeitig auch etwas kühl und abweisend wirken. Denkbar sind auch einstellbare Weißtöne, also tuneable White.
Generell sind die Präferenzen bei Farbtemperaturen auch kulturell und geografisch sehr unterschiedlich. So finden Sie in südlicheren, wärmeren Ländern z.B. häufig eine Präferenz für eher kühle Farbtemperaturen. Selbst Wohn- und Schlafräume können hier mit Kaltweißen 6.000K beleuchtet sein. Was auf uns ungemütlich wirkt, kann in diesen Breiten genau die richtige kühle Assoziation an unangenehm heißen Tagen hervor rufen. Wohn- und generell Innenräume werden dort vor allem auch auf der Suche nach Schatten und Abkühlung aufgesucht.
Einstellbare Farbtemperatur / Tuneable White
In Räumen mit diversen Nutzungskonzepten bieten sich häufig LED-Streifen mit einstellbarer Farbtemperatur an. Diese werden unter verschiedensten Bezeichungen wie CCT, Tuneable White oder auch BiColor geführt.
Bei dieser Art LED-Streifen werden warmweiße und kaltweiße (manchmal auch extra-warmweiß und neutralweiß) auf einem LED-Band gemischt.
Spezielle Controller erlauben dann das flexible Verändern der Farbtemperatur und natürlich auch der Helligkeit.
Auch mit RGBW und RGB+CCT LED-Streifen lassen sich unterschiedliche Farbtemperaturen realisieren.
Farbstich bei LEDs
Ein recht häufiges Problem bei LEDs sind Farbabweichungen bzw. sogenannte Farbstiche. Das Licht wirkt z.B. grünstichig oder auch irgendwie zu rosa. Die Ursache für diese Farbstiche liegt in der Produktionsweise von weißen LEDs.
Jede LED wird aus einem Waver gefertigt, wobei es bereits zu gewissen Toleranzen und Farbabweichungen kommt. Weiße LEDs basieren dabei immer auf ursprünglich blauen LED-Chips, die dann mit einem Phosphor überzogen werden, der das blaue Licht zu weißem Licht konvertiert. Bei diesem Aufbringen des Phosphors kommt es dann ebenfalls zu Abweichungen.
So entstehen weiße LEDs, die, anders als wir es von Glühlampen kannten, dann nicht ausnahmslos auf dem Farbbtemperatur-Kurvenzug liegen, sondern auch darüber oder darunter. Siehe dazu die nachfolgende Abbildung im CIE1931 Farbraum.
Diese Abweichungen nehmen wir als Farbstich wahr. Als Grünstich (wenn die LED über dem Kurvenzug liegt) oder als Rosa- oder Magenta-Stich (wenn die LED unter dem Kurvenzug liegt).
Kleine Abweichungen sind i.d.R. unbedeutend. Größere Abweichungen können aber sehr störend sein.
Wichtig ist hierbei auch die beachtliche Anpassungsfähigkeit des menschlichen Auges bzw. Gehirns. An kleine bis mittlere Farbstiche gewöhnen wir uns sehr schnell, so lange keine Vergleichslichtquelle vorhanden ist. Hat man aber verschiedene Leuchten im Raum und eine davon hat einen signifikanten Farbstich, wirkt dieser sehr schnell störend. Auch das Tageslicht, das durchs Fenster fällt, kann eine LED-Beleuchtung mit Farbstich schnell entlarven. Sehr deutliche Farbstiche empfinden wir selbst ohne Vergleichslichtquelle als störend.
ACHTUNG: Ein genereller Farbstich, der bei LEDs nicht selten ist, hat nicht zwingend etwas mit der Farbwiedergabe (CRI) bei LEDs zu tun. Häufig führt Halbwissen bei einigen zur Vermutung, dass eine LED nur eine hohe Farbwiedergabe haben muss, damit die Farben natürlich wirken. Das ist mitnichten so. Eine LED bzw. generell eine Lichtquelle kann einen hohen CRI haben und dabei dennoch einen störenden Farbstich aufweisen. Farbstich und Farbwiedergabe müssen getrennt betrachtet werden.
LED Binning
Um den herstellungsbedingten Farbabweichungen bei LEDs zu begegnen, sortieren die Hersteller die einzelnen LEDs, bevor diese zum Verkauf angeboten werden. Man spricht hier vom sogenannten Binning. Die produzierten LEDs werden dabei einzelnen Farbbereichen zugeordnet.
Nachfolgend eine solche Binning-Struktur vom LED-Hersteller CREE:
Die Bins sind die kleinen Kästchen die sich ober- und unterhalb des rot markierten Farbtemperatur-Kurvenzugs (BBL) anordnen. Im warmweißen Bereich (2.700 – 4.000K) sind die Bins deutlich kleiner als im kaltweißen Bereich (4.000 – 8.000K). Das liegt daran, dass das menschliche Auge Farbunterschiede bei höheren Farbtemperaturen weniger schnell bemerkt als bei warmweißen Tönen.
Möchte ein Produzent nun z.B. LED-Streifen mit diesen LEDs bestücken, kann er ein fest definierten Bin bestellen (z.B. „4C“) und erhält so LEDs, die alle eine sehr ähnliche Farbe aufweisen. Man mag fragen, welcher Produzent die Bins am Rand kauft (z.B. „4U“), die ja deutlich farbstichiger sind, aber es gibt genügend Anwendungen, bei denen ein exakter Farbort weniger wichtig ist. Straßenbeleuchtung oder Lichtanlagen in der Industrie gehören dazu.
Je enger ein Hersteller die LEDs selektieren kann und je zuverlässiger diese einzelnen Bins dann auch verfügbar sind, desto besser.
Selektion nach SDCM
Vor einigen Jahren hat sich ein Standard-Verfahren etabliert, nach dem LEDs selektiert werden. Wir sprechen hier vom Standard Deviation of Color Matching, kurz SDCM. Zu Deutsch etwa Standardabweichung der Farbanpassung.
Mit dem SDCM Verfahren lässt sich sehr schnell beurteilen, wie gut z.B. LEDs selektiert sind.
In der Grafik der LED-Bins sind hier mit farbigen Ovalen jeweils die Toleranzbereiche für SDCM<1, <3 und <5 eingetragen:
Was bedeuten diese Ovale und die einzelnen SDCM-Werte?
Das menschliche Auge hat eine gewisse Toleranz bezüglich Farbabweichungen. Durch zahlreiche wissenschaftlich Untersuchungen hat man herausgefunden, dass:
- Farbabweichungen mit SDCM<1 von Menschen nicht wahrgenommen werden.
- Farbabweichungen mit SDCM<3 zwar wahrgenommen aber i.d.R. toleriert werden.
- Farbabweichungen mit SDCM>3 i.d.R. nicht mehr toleriert werden
Natürlich hängt diese Bewertung immer noch vom konkreten Einzelfall der Anwendung ab und kann bei verschiedenen Menschen auch voneinander abweichen. Mit dem SDCM-Verfahren haben wir aber nun eine gute Möglichkeit, ob z.B. eine LED-Selektion für unsere Anwendung ausreichend fein ist, so dass wir keine störenden Farbstiche bzw. Farbunterschiede erwarten müssen.
Welche SDCM-Selektion bieten LED-Streifen?
Je nach Qualitätsanspruch und natürlich auch Preis, können LED-Streifen mit verschieden genauen Selektionen erworben werden.
Ist gar nichts zur Selektion angegeben, sollten Sie hier keine großen Erwartungen haben.
Sowohl zwischen 2 LED-Streifen als auch innerhalb eines LED-Streifens können deutliche Farbunterschiede auftreten.
Als Standard für hochwertige LED-Streifen hat sich SDCM<3 etabliert. SDCM<3 bedeutet nicht, dass keinerlei Unterschiede zwischen z.B. 2 LED-Streifen zu erkennen sind, aber für typische Anwendungen (indirekte Beleuchtung, Lichtlinien usw.) ist diese Selektion gewöhnlich ausreichend. Vermeiden Sie es jedoch nach Möglichkeit, 2 LED-Streifen aus verschiedenen Chargen mit SDCM<3 auf einer Gerade aneinander stoßen zu lassen. Hier hätte man den direkten Vergleich nebeneinander und würde auch kleine Farbunterschiede ggf. wahrnehmen. Lassen Sie die beiden LED-Streifen an einer Ecke zusammenstoßen. Hier fallen kleine Unterschiede gewöhnlich nicht weiter auf.
Entsprechendes Budget vorausgesetzt, gibt es für besondere Anforderungen durchaus auch Anbieter, die nach SDCM<2 oder sogar <1 selektieren.
FAZIT
Die Wahl der Farbtemperatur ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Auswahl eines LED-Streifens. Wählen Sie die Farbtemperatur passend zur Anwendung. Eher warmweiße Töne um 3.000 Kelvin und darunter für eine gemütliche Lichtstimmung, kühlere Töne um 4.000 Kelvin und mehr, wenn Sie eine konzentrierte Atmosphäre wünschen.
Achtem Sie zudem auf ein hochwertiges Binning der LED-Streifen mit min. SDCM<3, um Farbunterschiede zwischen den LEDs zu vermeiden. Damit das Licht keinen Farbstich in Richtung Grün oder Rosa aufweist, muss der Bin nah am Farbtemperatur-Kurvenzug liegen! Qualitätsanbieter können über diese Aspekte Auskunft geben und z.B. ein Messprotokoll des LED-Streifens bereit stellen.
