Lichtqualität und Wirkung auf den Menschen
Licht ermöglicht uns nicht nur das Sehen. Es bestimmt, wie wir Farben wahrnehmen, Oberflächen beurteilen, Räume erleben und unsere Umgebung interpretieren. Gleichzeitig beeinflusst Licht biologische Prozesse, darunter den Schlaf-Wach-Rhythmus und die Regulation unserer inneren Uhr.
Die Qualität einer Beleuchtung lässt sich deshalb nicht allein anhand der Helligkeit oder Energieeffizienz beurteilen. Zwei Lichtquellen können denselben Lichtstrom erzeugen und die gleiche Farbtemperatur besitzen, sich hinsichtlich Farbwiedergabe, Blendwirkung, zeitlicher Stabilität und biologischer Wirkung jedoch erheblich unterscheiden.
Gerade mit der Entwicklung moderner LED-Technologien haben sich die Möglichkeiten zur gezielten Gestaltung von Licht stark erweitert. Die spektrale Zusammensetzung, die Lichtverteilung und die zeitliche Steuerung lassen sich in einem Umfang beeinflussen, der mit vielen konventionellen Lichtquellen nur eingeschränkt möglich war.
Damit gewinnen neue Qualitätskriterien an Bedeutung. Neben etablierten Größen wie dem Farbwiedergabeindex CRI und der Blendungsbewertung UGR stehen heute auch differenziertere Verfahren zur Beurteilung der Farbwiedergabe, der zeitlichen Lichtmodulation und der nichtvisuellen Wirkungen zur Verfügung.
Dieses Kapitel erläutert, welche Eigenschaften gutes Licht auszeichnen, wie sich die Qualität einer Beleuchtung messen und vergleichen lässt und weshalb die Wirkung auf den Menschen bereits bei der technischen Planung berücksichtigt werden sollte.
Was bedeutet Lichtqualität?
Unter Lichtqualität versteht man die Gesamtheit jener Eigenschaften einer Beleuchtung, die ihre Eignung für eine bestimmte Sehaufgabe, Umgebung oder Anwendung bestimmen.
Eine qualitativ hochwertige Beleuchtung soll nicht nur ausreichend Licht bereitstellen. Sie muss dieses Licht auch in einer geeigneten räumlichen, spektralen und zeitlichen Form zur Verfügung stellen.
Dabei lassen sich mehrere Qualitätsdimensionen unterscheiden:
Visuelle Lichtqualität: Sie beschreibt, wie gut eine Beleuchtung das Erkennen von Gegenständen, Oberflächen, Strukturen und Details unterstützt.
Farbqualität: Sie betrifft die Wiedergabe von Objektfarben, die Gleichmäßigkeit der Lichtfarbe und die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle.
Visueller Komfort: Hierzu gehören die Begrenzung von Blendung, eine angemessene Leuchtdichteverteilung sowie die Vermeidung störender Helligkeitskontraste.
Zeitliche Lichtqualität: Sie beschreibt die Stabilität der Lichtabgabe und mögliche Effekte zeitlicher Lichtmodulation.
Biologische Lichtwirkung: Sie berücksichtigt die Einflüsse von Licht auf physiologische Prozesse, insbesondere den circadianen Rhythmus.
Diese Eigenschaften stehen miteinander in Wechselwirkung. Eine hohe Beleuchtungsstärke kann beispielsweise die Erkennbarkeit kleiner Details verbessern, gleichzeitig aber bei ungünstiger Lichtverteilung zu Blendung führen. Eine besonders energieeffiziente Lichtquelle kann ausgezeichnete photometrische Eigenschaften besitzen, ohne die optimale Farbwiedergabe für eine anspruchsvolle Anwendung zu erreichen.
Gute Lichtqualität ist deshalb keine einzelne Kennzahl, sondern das Ergebnis einer aufeinander abgestimmten lichttechnischen Gestaltung.
Warum die Lichtquelle allein nicht entscheidend ist
Die Qualität einer Beleuchtungsanlage wird nicht ausschließlich durch die verwendeten LEDs bestimmt.
Ebenso wichtig sind optische Komponenten wie Reflektoren, Linsen und Diffusoren, die elektrische Versorgung, das thermische Management sowie die räumliche Anordnung der Lichtquellen.
Eine hochwertige LED kann in einer schlecht ausgelegten Leuchte ein unbefriedigendes Ergebnis liefern. Umgekehrt lassen sich durch geeignete optische Konstruktionen aus einer technisch vergleichsweise einfachen LED-Lichtquelle sehr gleichmäßige und visuell angenehme Beleuchtungssysteme entwickeln.
Für die praktische Beurteilung muss daher grundsätzlich das vollständige Beleuchtungssystem unter seinen vorgesehenen Betriebsbedingungen betrachtet werden.
Farbwiedergabe: Warum Licht die Erscheinung von Farben verändert
Die Farbe eines Gegenstandes ist keine unveränderliche Eigenschaft, die unabhängig von der Beleuchtung wahrgenommen wird.
Welche Farbe wir sehen, hängt unter anderem davon ab, welche Wellenlängen eine Lichtquelle aussendet, welche Anteile davon der Gegenstand reflektiert und wie das menschliche Sehsystem diese Lichtreize verarbeitet.
Ein roter Gegenstand erscheint beispielsweise dann besonders kräftig, wenn das einfallende Licht geeignete langwellige Spektralanteile enthält. Fehlen diese Anteile weitgehend, kann derselbe Gegenstand deutlich weniger gesättigt oder verfälscht erscheinen.
Daher können Lichtquellen mit identischer Farbtemperatur vollkommen unterschiedliche Ergebnisse bei der Farbwiedergabe erzielen.
Der Farbwiedergabeindex CRI und Ra
Der klassische Farbwiedergabeindex CRI (Colour Rendering Index) beschreibt, wie ähnlich ausgewählte Testfarben unter einer zu untersuchenden Lichtquelle im Vergleich zu einer definierten Referenzlichtquelle wiedergegeben werden.
Der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra wird aus acht speziellen Farbwiedergabeindizes gebildet:
Ra = (R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6 + R7 + R8) / 8
Ein Ra-Wert von 100 kennzeichnet im Rahmen dieses Verfahrens eine Übereinstimmung der acht Testfarben mit der jeweiligen Referenz.
In vielen Beleuchtungsanwendungen gilt ein Ra-Wert ab 80 als üblicher Ausgangspunkt. Für anspruchsvolle Aufgaben, bei denen eine besonders gute Farbwiedergabe erforderlich ist, werden häufig Werte von 90 oder mehr angestrebt.
Der CRI besitzt jedoch eine wichtige Einschränkung: Er berücksichtigt bei der Berechnung von Ra nur acht vergleichsweise wenig gesättigte Testfarben.
Warum der R9-Wert wichtig ist
Die Wiedergabe gesättigter Rottöne wird durch den speziellen Farbwiedergabeindex R9 beschrieben. Dieser Wert gehört nicht zu den acht Testfarben, aus denen Ra berechnet wird.
Eine Lichtquelle kann deshalb einen hohen allgemeinen Farbwiedergabeindex aufweisen und dennoch eine vergleichsweise schwache Wiedergabe kräftiger Rottöne besitzen.
Für die Beurteilung von Hauttönen, Lebensmitteln, Textilien, Kunstwerken und bestimmten anderen farbigen Materialien kann die zusätzliche Angabe des R9-Wertes besonders aufschlussreich sein.
Der R9-Wert sollte allerdings nicht isoliert betrachtet werden. Eine möglichst hohe Rotwiedergabe allein garantiert noch keine ausgewogene Farbwiedergabe über das gesamte sichtbare Spektrum.
Moderne Farbwiedergabebewertung mit TM-30 und CIE Rf
Um die Einschränkungen des klassischen CRI zu überwinden, wurden differenziertere Bewertungsverfahren entwickelt.
Das von der Illuminating Engineering Society veröffentlichte Verfahren IES TM-30 bewertet die Farbwiedergabe unter anderem anhand von 99 Farbmustern.
Zwei seiner wichtigsten Kenngrößen sind:
Rf (Fidelity Index): Er beschreibt die durchschnittliche Farbtreue gegenüber einer Referenz. Höhere Werte stehen für eine größere Übereinstimmung.
Rg (Gamut Index): Er beschreibt den relativen Umfang des dargestellten Farbbereichs. Werte oberhalb von 100 weisen auf eine durchschnittliche Vergrößerung des Farbumfangs gegenüber der Referenz hin, Werte unterhalb von 100 auf eine Verringerung.
Zusätzlich ermöglichen grafische Darstellungen die Beurteilung, in welchen Farbbereichen Veränderungen der Farbsättigung oder des Farbtons auftreten.
Auch die Internationale Beleuchtungskommission CIE hat mit CIE 224:2017 einen eigenen Farbtreueindex Rf eingeführt. Obwohl die Bezeichnungen ähnlich sind, müssen die Kennwerte dem jeweils verwendeten Berechnungsverfahren zugeordnet werden.
In ihrer Positionserklärung von 2025 empfiehlt die CIE, den neueren Farbtreueindex schrittweise stärker einzusetzen und während der Übergangsphase gemeinsam mit dem etablierten Ra-Wert auszuweisen.
Farbtreue ist nicht gleich Farbpräferenz
Eine möglichst naturgetreue Farbwiedergabe ist nicht in jeder Anwendung automatisch die visuell bevorzugte Lösung.
In Verkaufsräumen oder bei dekorativen Beleuchtungsaufgaben können bestimmte Veränderungen der Farbsättigung die subjektive Attraktivität von Waren und Oberflächen beeinflussen.
So kann eine moderate Verstärkung einzelner Farbbereiche erwünscht sein, obwohl sie die mathematische Übereinstimmung mit einer Referenzlichtquelle verringert.
Deshalb muss zwischen drei Begriffen unterschieden werden:
Farbtreue beschreibt die Übereinstimmung mit einer Referenz.
Farbsättigung beschreibt die Intensität der wahrgenommenen Farbigkeit.
Farbpräferenz beschreibt, welche Farbdarstellung von Betrachtern subjektiv bevorzugt wird.
Die optimale spektrale Zusammensetzung einer Lichtquelle hängt somit auch von ihrem Anwendungszweck ab.
Lichtfarbe, Weißqualität und Farbkonsistenz
Neben der Farbwiedergabe spielt die Erscheinung des von einer Lichtquelle ausgestrahlten weißen Lichts eine wichtige Rolle.
Üblicherweise wird die Lichtfarbe durch die ähnlichste Farbtemperatur, englisch Correlated Colour Temperature (CCT), angegeben.
Typische Einordnungen sind:
| Farbtemperatur | Übliche Bezeichnung |
|---|---|
| 2700 K | Warmweiß |
| 3000 K | Warmweiß |
| 4000 K | Neutralweiß |
| 5000–6500 K | Tageslichtweiß beziehungsweise kaltweiß |
Die Farbtemperatur beschreibt jedoch nur einen Teil der Farberscheinung.
Zwei Lichtquellen können dieselbe ähnlichste Farbtemperatur aufweisen und dennoch einen leicht unterschiedlichen Farbstich besitzen. Eine Lichtquelle kann beispielsweise neutral wirken, während eine andere bei gleicher CCT etwas grünlich oder rosafarben erscheint.
Für eine genauere Bewertung wird unter anderem die Abweichung vom planckschen Kurvenzug betrachtet. Diese lässt sich beispielsweise über die Größe Duv beschreiben.
Farbkonsistenz und MacAdam-Ellipsen
In Beleuchtungssystemen mit mehreren LED-Modulen ist die Übereinstimmung der Lichtfarbe besonders wichtig.
Kleine Unterschiede zwischen den einzelnen LEDs können auf einer homogen beleuchteten Fläche als unerwünschte Farbflecken oder Farbverläufe sichtbar werden.
Zur Beschreibung von Farbtoleranzen werden häufig MacAdam-Ellipsen und daraus abgeleitete SDCM-Angaben (Standard Deviation of Colour Matching) verwendet.
Je geringer die ausgewiesene Farbtoleranz, desto enger liegen die Farborte innerhalb des jeweiligen Bewertungsverfahrens beieinander.
Eine gute anfängliche Farbkonsistenz allein genügt allerdings nicht. Auch Temperaturunterschiede, Alterung und unterschiedliche Betriebsbedingungen können Farbverschiebungen verursachen.
Gerade bei großflächigen LED-Beleuchtungssystemen sollte deshalb auf eine geeignete LED-Selektion, ein gleichmäßiges thermisches Verhalten und eine langfristig stabile Lichtfarbe geachtet werden.
Blendung und visueller Komfort
Eine Beleuchtung kann ausreichend hell sein und dennoch als unangenehm empfunden werden.
Eine wesentliche Ursache dafür ist Blendung. Sie entsteht insbesondere dann, wenn sehr helle Bereiche im Gesichtsfeld auftreten oder die Helligkeitsverteilung nicht zu den Sehbedingungen passt.
Dabei ist zwischen zwei grundlegenden Formen zu unterscheiden.
Psychologische Blendung
Psychologische Blendung beschreibt die subjektiv empfundene Störung durch unangenehme Helligkeitsverhältnisse.
Sie kann auftreten, obwohl die Sehfähigkeit nicht unmittelbar erheblich eingeschränkt wird.
Typische Beispiele sind sehr helle Leuchten im direkten Blickfeld, punktförmige Lichtquellen in ansonsten dunklen Räumen oder ungünstig positionierte Beleuchtungssysteme.
Physiologische Blendung
Physiologische Blendung führt zu einer tatsächlichen Verschlechterung der Sehleistung.
Durch Streulicht innerhalb des Auges entstehen zusätzliche Lichtanteile auf der Netzhaut, die den wahrnehmbaren Kontrast verringern können.
Dies erschwert beispielsweise das Erkennen von Details oder Objekten vor einem dunkleren Hintergrund.
Die Bedeutung der Leuchtdichte
Für das Verständnis von Blendung ist die Unterscheidung zwischen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte entscheidend.
Die Beleuchtungsstärke beschreibt den auf eine Fläche auftreffenden Lichtstrom pro Flächeneinheit. Sie wird in Lux angegeben.
Die Leuchtdichte beschreibt dagegen, wie hell eine Licht aussendende oder reflektierende Fläche aus einer bestimmten Richtung erscheint. Ihre Einheit ist Candela pro Quadratmeter (cd/m²).
Eine kleine, intensive Lichtquelle kann eine sehr hohe Leuchtdichte besitzen und deshalb stark blenden.
Wird derselbe Lichtstrom auf eine größere leuchtende Fläche verteilt, kann sich die mittlere Leuchtdichte reduzieren. Daraus können günstigere Blendungsverhältnisse entstehen.
Ob dies tatsächlich der Fall ist, hängt allerdings auch von der Größe der sichtbaren Lichtfläche, ihrer Position, der Blickrichtung und der Helligkeit der Umgebung ab.
Großflächiges Licht ist daher nicht grundsätzlich blendfrei.
Das Unified Glare Rating (UGR)
Für die Bewertung psychologischer Direktblendung in Innenräumen wird häufig das Unified Glare Rating verwendet.
Der UGR-Wert berücksichtigt unter anderem die Leuchtdichte und scheinbare Größe der beteiligten Leuchten, ihre Position im Gesichtsfeld sowie die Hintergrundhelligkeit.
Je niedriger der UGR-Wert, desto geringer ist unter den zugrunde gelegten Bedingungen die erwartete Wahrscheinlichkeit störender Blendung.
Für typische Bildschirm- und Büroarbeitsplätze wird häufig ein Grenzwert von UGR 19 verwendet. Welche Anforderungen tatsächlich gelten, hängt von der jeweiligen Sehaufgabe und der anzuwendenden Norm ab.
Wichtig ist, dass UGR keine unveränderliche Eigenschaft einer einzelnen Leuchte darstellt. Entscheidend ist die Bewertung der konkreten Beleuchtungsanlage einschließlich Raumgeometrie und Betrachtungsbedingungen.
Gleichmäßigkeit und Kontrastverteilung
Guter Sehkomfort entsteht nicht zwangsläufig durch eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung sämtlicher Raumflächen.
Schatten, Helligkeitsunterschiede und gerichtetes Licht sind wichtige Mittel, um räumliche Tiefe und Oberflächenstrukturen erkennbar zu machen.
Problematisch werden vor allem extreme oder ungünstig angeordnete Helligkeitskontraste.
Eine hochwertige Lichtplanung muss daher zwischen ausreichender Gleichmäßigkeit für die Sehaufgabe und einer differenzierten, räumlich wirksamen Lichtgestaltung abwägen.
LED-Flimmern und zeitliche Lichtmodulation
Die Lichtabgabe einer LED reagiert sehr schnell auf Veränderungen des elektrischen Stroms.
Diese Eigenschaft ermöglicht eine präzise elektronische Steuerung. Gleichzeitig können Schwankungen des Versorgungsstroms zu zeitlichen Veränderungen des ausgestrahlten Lichts führen.
Solche Veränderungen werden unter dem Oberbegriff der zeitlichen Lichtmodulation zusammengefasst.
Wie entsteht Flimmern?
Eine mögliche Ursache sind Restwelligkeiten der elektrischen Versorgung.
Auch die zur Helligkeitsregelung eingesetzte Elektronik kann zeitliche Lichtschwankungen erzeugen.
Bei der Pulsweitenmodulation (PWM) wird die LED beispielsweise mit einer bestimmten Frequenz ein- und ausgeschaltet. Die mittlere Helligkeit wird über das Verhältnis zwischen Ein- und Ausschaltzeit gesteuert.
Die wahrnehmbaren Auswirkungen hängen dabei von mehreren Faktoren ab:
Frequenz der Lichtmodulation
Modulationstiefe
Signalverlauf und zeitlicher Struktur
Helligkeit und Kontrast
Bewegung von Objekten oder Augen
Individueller Empfindlichkeit des Betrachters
Eine pauschale Aussage, dass PWM grundsätzlich schlecht oder eine bestimmte Frequenz grundsätzlich unproblematisch sei, lässt sich daraus nicht ableiten.
Flimmern und Stroboskopeffekte
Direktes Flimmern wird als zeitliche Veränderung der Helligkeit wahrgenommen.
Der Stroboskopeffekt tritt dagegen bei bewegten Objekten auf. Durch die periodische Veränderung der Beleuchtung können Bewegungen optisch unterbrochen oder verfälscht erscheinen.
Ein rotierendes Maschinenteil kann beispielsweise unter ungünstiger Beleuchtung scheinbar langsamer laufen oder zeitweise stillstehen.
Ein weiterer Effekt ist das sogenannte Phantom Array. Hierbei können bei schnellen Augenbewegungen mehrere scheinbar voneinander getrennte Lichtbilder einer modulierten Lichtquelle entstehen.
Auch wenn kein direktes Flimmern erkennbar ist, können daher noch andere visuelle Effekte zeitlicher Lichtmodulation auftreten.
Messgrößen PstLM und SVM
Zur standardisierten Bewertung werden insbesondere zwei Kennwerte verwendet:
PstLM bewertet die kurzzeitige Wahrnehmbarkeit von Flimmern.
SVM (Stroboscopic Visibility Measure) bewertet die Sichtbarkeit stroboskopischer Effekte unter definierten Bedingungen.
Die europäische Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/2020 enthält für die entsprechend erfassten Lichtquellen Anforderungen von PstLM ≤ 1,0 und SVM ≤ 0,4 bei Volllast, wobei Ausnahmen und Anwendungsgrenzen zu beachten sind.
Für die praktische Lichtqualität ist zusätzlich das Verhalten bei reduzierter Helligkeit entscheidend. Eine Beleuchtung kann im ungedimmten Zustand günstige Messwerte erreichen und bei bestimmten Dimmstufen deutlich stärkere Modulationen zeigen.
Die Auswahl einer geeigneten LED-Ansteuerung sollte deshalb die tatsächlich vorgesehenen Betriebs- und Dimmzustände berücksichtigen.
Licht und der circadiane Rhythmus
Licht beeinflusst den Menschen nicht ausschließlich über die bewusste visuelle Wahrnehmung.
Es wirkt auch auf physiologische Prozesse, die mit der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, der inneren Uhr und der Aufmerksamkeit zusammenhängen.
Der circadiane Rhythmus beschreibt biologische Vorgänge mit einer Periodendauer von ungefähr 24 Stunden.
Zu diesen Vorgängen gehören unter anderem Schwankungen der Körpertemperatur, die zeitliche Regulation bestimmter Hormone und die Bereitschaft für Schlaf und Wachheit.
Licht ist einer der wichtigsten äußeren Zeitgeber, mit denen die innere Uhr an den natürlichen Tag-Nacht-Wechsel angepasst wird.
Die Rolle melanopsinhaltiger Ganglienzellen
Neben den für das Sehen zuständigen Stäbchen und Zapfen besitzt die Netzhaut intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen, kurz ipRGCs.
Diese enthalten das lichtempfindliche Pigment Melanopsin.
Das System ist besonders empfindlich für Lichtanteile im kurzwelligen sichtbaren Bereich. Für die biologischen Reaktionen sind jedoch nicht ausschließlich die melanopsinhaltigen Zellen verantwortlich: Auch Signale von Stäbchen und Zapfen können zu den entsprechenden Reaktionen beitragen.
Die Forschung unterscheidet deshalb zwischen der klassischen visuellen Wirkung und verschiedenen nicht-bildgebenden beziehungsweise nichtvisuellen Wirkungen des Lichts.
Warum der Zeitpunkt der Beleuchtung entscheidend ist
Die Wirkung einer bestimmten Lichtexposition hängt wesentlich davon ab, zu welcher Tageszeit sie erfolgt.
Ausreichend helles Licht am Tag unterstützt die Synchronisation des biologischen Rhythmus und kann die Wachheit fördern.
Licht in den Abend- und Nachtstunden kann dagegen, abhängig von seiner Intensität, spektralen Zusammensetzung und Expositionsdauer, die Freisetzung von Melatonin beeinflussen und den Schlaf-Wach-Rhythmus verschieben.
Dabei kommt es nicht nur auf die Farbtemperatur an.
Ein schwaches, kühlweißes Licht kann eine geringere biologische Stimulation verursachen als eine erheblich hellere warmweiße Beleuchtung. Entscheidend ist die tatsächliche spektral gewichtete Lichtexposition am Auge.
Melanopische Beleuchtungsbewertung
Mit CIE S 026:2018 steht ein international standardisiertes System zur Beschreibung der Stimulation verschiedener Photorezeptortypen zur Verfügung.
Eine wichtige Größe ist die melanopisch äquivalente Tageslicht-Beleuchtungsstärke, englisch melanopic Equivalent Daylight Illuminance (melanopic EDI).
Sie beschreibt die melanopische Wirkung einer Lichtexposition als äquivalente Beleuchtungsstärke des definierten Tageslichtreferenzspektrums D65.
Melanopic EDI wird ebenfalls in Lux angegeben, ist jedoch nicht mit der gewöhnlichen photopischen Beleuchtungsstärke gleichzusetzen.
Für eine sachgerechte Beurteilung muss die Lichtexposition in Bezug auf das Auge und die tatsächlichen Betrachtungsbedingungen erfasst werden.
Internationale Fachleute haben unter anderem folgende Orientierungswerte für gesunde Erwachsene vorgeschlagen:
| Zeitraum | Empfehlung für melanopic EDI |
|---|---|
| Tagsüber | Über 250 lx |
| In den letzten drei Stunden vor dem Schlafengehen | Unter 10 lx |
| Während des Schlafs | Unter 1 lx |
Diese Werte entstammen wissenschaftlichen Konsensempfehlungen. Sie sind keine universellen gesetzlichen Anforderungen für sämtliche Personen und Beleuchtungsanwendungen.
Die geeignete Gestaltung muss insbesondere Sehaufgaben, individuelle Bedingungen, Blendungsbegrenzung und Energiebedarf berücksichtigen.
Human Centric Lighting und integrative Beleuchtung
Beleuchtungskonzepte, welche die visuellen und biologischen Bedürfnisse des Menschen gemeinsam berücksichtigen, werden häufig unter dem Begriff Human Centric Lighting (HCL) zusammengefasst.
In wissenschaftlichen und normungsbezogenen Zusammenhängen wird zunehmend auch der Begriff Integrative Lighting verwendet.
Moderne LED-Systeme ermöglichen beispielsweise die zeitabhängige Veränderung von Beleuchtungsstärke und Spektrum.
Solche Systeme können dazu dienen, tagsüber eine geeignete Lichtexposition zu unterstützen und am Abend eine geringere biologische Lichtstimulation bereitzustellen.
Eine dynamisch veränderbare Farbtemperatur allein macht eine Beleuchtung jedoch noch nicht zu einem wissenschaftlich fundierten HCL-System.
Die Wirksamkeit hängt vom gesamten Beleuchtungskonzept, der tatsächlichen Lichtexposition und den vorgesehenen Nutzungszeiten ab.
Photobiologische Sicherheit und Blaulicht
Neben den erwünschten visuellen und biologischen Wirkungen muss bei bestimmten Lichtquellen auch die mögliche Gefährdung durch optische Strahlung berücksichtigt werden.
Optische Strahlung kann bei ausreichender Intensität und Expositionsdauer Schäden verursachen.
Welche Gefährdungen relevant sind, hängt insbesondere von der Wellenlänge, der Strahlungsintensität, der Einwirkdauer und den Betrachtungsbedingungen ab.
Das sogenannte Blaulicht-Risiko
Der Begriff Blaulichtgefährdung bezeichnet eine mögliche photochemische Schädigung der Netzhaut durch Strahlung in einem bestimmten spektralen Bereich.
Die entsprechende spektrale Gefährdungsfunktion besitzt ihr Maximum im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums.
Hierbei ist eine wichtige Unterscheidung erforderlich:
Die photobiologische Blaulichtgefährdung ist nicht dasselbe wie die melanopische Wirkung auf den circadianen Rhythmus.
Beide Vorgänge werden von Lichtanteilen im kurzwelligen sichtbaren Spektrum beeinflusst, beruhen aber auf unterschiedlichen biologischen Mechanismen und werden durch unterschiedliche Bewertungsverfahren beschrieben.
Für weiße LED-Lichtquellen der allgemeinen Beleuchtung sieht die CIE bei bestimmungsgemäßer Verwendung im Allgemeinen keine besondere Blaulichtgefährdung.
Diese Einordnung lässt sich allerdings nicht pauschal auf sämtliche LED-Systeme übertragen. Besonders intensive, eng gebündelte oder speziell für technische Anwendungen entwickelte Strahlungsquellen müssen entsprechend ihren Eigenschaften beurteilt werden.
Risikogruppen nach IEC 62471
Die internationale Norm IEC 62471 beschreibt Verfahren zur photobiologischen Sicherheitsbewertung von Lampen und Lampensystemen.
In diesem Zusammenhang werden unterschiedliche Risikogruppen verwendet:
| Risikogruppe | Bedeutung |
|---|---|
| RG0 | Freie Gruppe, keine Gefährdung unter den festgelegten Bewertungsbedingungen |
| RG1 | Geringes Risiko |
| RG2 | Mittleres Risiko |
| RG3 | Hohes Risiko |
Die Zuordnung erfolgt anhand normierter Messungen und Expositionsbedingungen.
Sie ersetzt daher nicht die Betrachtung der tatsächlichen Anwendung, insbesondere wenn sich Abstände oder Betrachtungsbedingungen erheblich von den vorgesehenen Betriebsbedingungen unterscheiden.
Lichtqualität bei modernen LED-Lichtflächen
Großflächige LED-Beleuchtungssysteme stellen besondere Anforderungen an die technische und visuelle Qualität.
Anders als bei einer klassischen punktförmigen Lichtquelle wird das Licht häufig über eine ausgedehnte Fläche abgestrahlt. Dadurch rücken die Homogenität, die Leuchtdichteverteilung und die räumliche Farbkonsistenz in den Mittelpunkt.
Bei hinterleuchteten Flächen besteht eine wesentliche Herausforderung darin, das Licht einzelner LEDs so zu verteilen, dass eine möglichst gleichmäßige Leuchterscheinung entsteht.
Ist der Abstand zwischen den Lichtquellen zu groß oder die optische Durchmischung unzureichend, können sichtbare Helligkeitsmaxima auftreten. Diese werden häufig als Hotspots bezeichnet.
Auch innerhalb einer gleichmäßig hell erscheinenden Fläche können unerwünschte Farbabweichungen auftreten.
Homogenität und Lichtmischung
Die optische Homogenität einer LED-Lichtfläche hängt von mehreren Faktoren ab:
Anzahl und räumlicher Verteilung der LEDs
Abstand zwischen LEDs und Lichtaustrittsfläche
Eigenschaften der eingesetzten Diffusoren
Reflexionseigenschaften der umgebenden Materialien
Spektraler und photometrischer Übereinstimmung der Lichtquellen
Thermischem Verhalten des Gesamtsystems
Ein größerer Abstand zwischen LED-Ebene und Diffusor kann die Lichtdurchmischung verbessern, benötigt jedoch zusätzlichen Bauraum.
Alternativ lassen sich optische Komponenten einsetzen, die das Licht bereits in geringer Bautiefe verteilen.
Die Optimierung besteht darin, eine geeignete Homogenität mit hoher Effizienz, kompakter Konstruktion und vertretbarem Materialeinsatz zu verbinden.
Farbwiedergabe und Materialwirkung
Bei hinterleuchteten Grafiken, transluzenten Materialien und dekorativen Oberflächen ist nicht allein das Spektrum der eingesetzten LED entscheidend.
Das Licht durchläuft zusätzlich die verwendeten Materialien, deren spektrale Transmission seine Zusammensetzung verändern kann.
Dadurch können sich sowohl der wahrgenommene Farbort als auch die Farbwiedergabe des Gesamtsystems verändern.
Für eine realistische Beurteilung sollte deshalb nicht nur die einzelne LED, sondern der vollständige optische Aufbau betrachtet werden.
Dies gilt insbesondere für Anwendungen, bei denen eine genaue Übereinstimmung mit definierten Druckfarben, Corporate-Design-Farben oder Materialmustern erforderlich ist.
Lichtqualität über die Lebensdauer
Die optischen Eigenschaften einer LED-Beleuchtung bleiben nicht zwangsläufig über ihre gesamte Betriebsdauer konstant.
Mit zunehmender Betriebszeit können Veränderungen des Lichtstroms und des Farborts auftreten.
Auch das thermische Verhalten beeinflusst die Qualität. Unterschiedliche Betriebstemperaturen können innerhalb eines Systems zu Abweichungen der Lichtfarbe und Helligkeit beitragen.
Für hochwertige LED-Lichtflächen sind daher neben der anfänglichen Homogenität auch das thermische Management, die elektrische Versorgung und die langfristige Stabilität der eingesetzten Komponenten entscheidend.
Welche Qualitätsmerkmale sind bei der Auswahl einer LED-Beleuchtung wichtig?
Je nach Anwendung unterscheiden sich die Prioritäten. Eine Beleuchtung für einen Büroarbeitsplatz muss andere Anforderungen erfüllen als eine dekorative Lichtwand oder eine hinterleuchtete Werbefläche.
Für eine systematische Bewertung bieten sich folgende Kriterien an:
| Kriterium | Worauf zu achten ist |
|---|---|
| Beleuchtungsstärke | Ausreichendes Licht für die vorgesehene Sehaufgabe |
| Farbwiedergabe | Geeignete Ra-, R9- und gegebenenfalls Rf-/Rg-Werte |
| Lichtfarbe | Zur Anwendung passende Farbtemperatur und Farbort |
| Farbkonsistenz | Geringe Abweichungen zwischen Lichtquellen und Modulen |
| Blendungsbegrenzung | Geeignete Leuchtdichten, Lichtverteilung und Positionierung |
| Zeitliche Stabilität | Geringe störende Lichtmodulation, auch beim Dimmen |
| Biologische Wirkung | Geeignete Lichtexposition zur vorgesehenen Nutzungszeit |
| Photobiologische Sicherheit | Bewertung gemäß den relevanten Sicherheitsanforderungen |
| Langzeitstabilität | Geringe unerwünschte Veränderungen von Lichtstrom und Lichtfarbe |
Die einzelnen Werte sollten nicht isoliert interpretiert werden.
Ein sehr hoher Farbwiedergabeindex kann beispielsweise mit einer geringeren Lichtausbeute verbunden sein. Eine auf besonders hohe Beleuchtungsstärken ausgelegte Anlage kann erhöhte Anforderungen an Blendungsbegrenzung und Energieeffizienz stellen.
Eine zweckmäßige Lichtplanung sucht deshalb nicht nach dem theoretisch höchsten Wert einer einzelnen Kenngröße, sondern nach einer geeigneten Gesamtlösung.
Häufig gestellte Fragen zur Lichtqualität
Was ist der Unterschied zwischen Lichtqualität und Lichtausbeute?
Die Lichtausbeute beschreibt, wie viel sichtbarer Lichtstrom eine Lichtquelle pro aufgenommener elektrischer Leistung erzeugt. Ihre Einheit ist Lumen pro Watt (lm/W).
Die Lichtqualität beschreibt dagegen, wie geeignet dieses Licht für die jeweilige Anwendung ist.
Eine Lichtquelle mit hoher Lichtausbeute muss nicht zwangsläufig eine besonders gute Farbwiedergabe oder einen hohen Sehkomfort bieten.
Ist ein CRI von 90 ausreichend?
Ein CRI beziehungsweise Ra von 90 ist für viele anspruchsvolle Beleuchtungsanwendungen ein guter Ausgangspunkt.
Er liefert jedoch keine vollständige Beschreibung der Farbwiedergabe. Insbesondere die Wiedergabe gesättigter Rottöne und mögliche Farbverschiebungen sollten bei entsprechenden Anforderungen zusätzlich betrachtet werden.
Bedeutet eine höhere Farbtemperatur automatisch besseres Licht?
Nein. Die Farbtemperatur beschreibt die Erscheinung des weißen Lichts, nicht dessen grundsätzliche Qualität.
Sowohl warmweiße als auch neutralweiße und tageslichtweiße Lichtquellen können hochwertige Beleuchtung ermöglichen.
Die Auswahl hängt von der Anwendung, der gewünschten Raumwirkung und den übrigen Beleuchtungsbedingungen ab.
Kann unsichtbares LED-Flimmern problematisch sein?
Zeitliche Lichtmodulation kann auch dann vorhanden sein, wenn kein direktes Flimmern wahrgenommen wird.
Unter bestimmten Bedingungen können beispielsweise Stroboskopeffekte oder Phantom-Array-Effekte auftreten.
Deshalb ist für eine fundierte Bewertung die messtechnische Untersuchung geeigneter Kennwerte sinnvoll.
Ist blaues LED-Licht grundsätzlich schädlich?
Nein. Blaue Spektralanteile sind Bestandteil vieler natürlicher und künstlicher Lichtquellen.
Für eine mögliche photobiologische Gefährdung sind insbesondere die spektral gewichtete Strahlungsexposition und die Einwirkdauer entscheidend.
Davon zu unterscheiden sind die Wirkungen von Licht auf den biologischen Rhythmus, bei denen vor allem die Tageszeit und die tatsächliche Lichtexposition eine wesentliche Rolle spielen.
Sind großflächige LED-Lichtflächen grundsätzlich blendfrei?
Nein. Eine große Lichtaustrittsfläche kann bei geeigneter Konstruktion eine vergleichsweise niedrige mittlere Leuchtdichte ermöglichen.
Ob Blendung auftritt, hängt jedoch zusätzlich von der Position der Lichtfläche, ihrer Größe im Gesichtsfeld, der Leuchtdichteverteilung und der Umgebungshelligkeit ab.
Was unterscheidet Lux von melanopic EDI?
Die gewöhnliche Beleuchtungsstärke in Lux beschreibt die Lichtwirkung nach der spektralen Hellempfindlichkeit des photopischen Sehens.
Melanopic EDI beschreibt dagegen die melanopisch wirksame Lichtexposition im Vergleich zu einem definierten Tageslichtspektrum.
Beide Größen werden in Lux angegeben, bewerten das Spektrum jedoch unterschiedlich.
Zusammenfassung: Gute Lichtqualität berücksichtigt den Menschen
Die Qualität moderner Beleuchtung lässt sich nicht auf Helligkeit, Farbtemperatur oder Energieeffizienz reduzieren.
Entscheidend ist das Zusammenspiel aus spektraler Zusammensetzung, Farbwiedergabe, räumlicher Lichtverteilung, zeitlicher Stabilität und biologischer Wirkung.
Der klassische Farbwiedergabeindex Ra bleibt ein wichtiges Qualitätsmerkmal, wird jedoch durch differenziertere Verfahren wie CIE Rf und IES TM-30 ergänzt.
Für den visuellen Komfort sind insbesondere die Begrenzung von Blendung und eine geeignete Leuchtdichteverteilung wichtig. Die zeitliche Stabilität einer LED-Beleuchtung muss auch bei gedimmtem Betrieb berücksichtigt werden.
Gleichzeitig zeigen Erkenntnisse der Chronobiologie, dass die biologische Wirkung von Licht wesentlich von Spektrum, Intensität, Dauer und Tageszeit der Exposition abhängt.
Hochwertige Beleuchtung bedeutet deshalb nicht, möglichst viel Licht zu erzeugen, sondern Licht mit den richtigen Eigenschaften am richtigen Ort und zur richtigen Zeit bereitzustellen.