Absorption und Transmission von Licht
Wenn Licht auf ein Material trifft, kann es reflektiert, absorbiert oder durch das Material hindurchgelassen werden. Diese drei grundlegenden Vorgänge bestimmen, wie wir Oberflächen wahrnehmen, welche Farben Materialien besitzen und wie effizient optische Systeme Licht übertragen.
Während die Reflexion das Zurückwerfen von Licht beschreibt, bezeichnet die Absorption die Aufnahme von Strahlungsenergie durch ein Material. Bei der Transmission gelangt Licht durch einen Stoff hindurch und tritt auf der gegenüberliegenden Seite wieder aus.
In der Lichttechnik spielen diese Prozesse eine zentrale Rolle. Die optischen Eigenschaften von Glas, Kunststoffen, Diffusoren und Beschichtungen beeinflussen sowohl den nutzbaren Lichtstrom als auch die Lichtfarbe, die räumliche Lichtverteilung und die thermischen Eigenschaften einer Leuchte.
Um Beleuchtungssysteme gezielt entwickeln und beurteilen zu können, ist es deshalb notwendig, die physikalischen Zusammenhänge zwischen Absorption, Transmission und Reflexion zu verstehen.
Was geschieht, wenn Licht auf ein Material trifft?
Trifft elektromagnetische Strahlung auf einen Körper, verteilt sich die einfallende Strahlungsenergie grundsätzlich auf drei Anteile:
Reflexion: Ein Teil des Lichts wird an der Oberfläche oder innerhalb des Materials zurückgeworfen.
Absorption: Ein Teil der Strahlungsenergie wird vom Material aufgenommen und in andere Energieformen umgewandelt.
Transmission: Ein Teil des Lichts durchdringt das Material und tritt auf der anderen Seite aus.
Für ein passives optisches System ergibt sich aus dem Energieerhaltungssatz die grundlegende Beziehung:
α + ρ + τ = 1
Dabei bezeichnet:
| Symbol | Bedeutung |
|---|---|
| α | Absorptionsgrad |
| ρ | Reflexionsgrad |
| τ | Transmissionsgrad |
Alle drei Größen sind dimensionslos und können als Werte zwischen 0 und 1 oder in Prozent angegeben werden.
Beispiel: Verteilung der einfallenden Lichtenergie
Angenommen, auf eine Kunststoffplatte trifft eine Strahlungsleistung von 100 Watt. Unter den betrachteten Bedingungen werden davon:
15 Watt reflektiert,
20 Watt absorbiert,
65 Watt transmittiert.
Dann ergeben sich ein Reflexionsgrad von 15 %, ein Absorptionsgrad von 20 % und ein Transmissionsgrad von 65 %.
Die Summe beträgt 100 %.
Diese Aufteilung hängt jedoch nicht nur vom Material ab. Auch die Wellenlänge des Lichts, die Materialdicke, der Einfallswinkel und die Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen die jeweiligen Anteile.
Bei fluoreszierenden oder anderen strahlungsumwandelnden Materialien muss zusätzlich berücksichtigt werden, dass absorbierte Energie teilweise als neue Strahlung mit veränderter Wellenlänge abgegeben werden kann.
Was bedeutet Absorption von Licht?
Unter Lichtabsorption versteht man die Aufnahme elektromagnetischer Strahlungsenergie durch Materie.
Die Energie eines einfallenden Photons wird dabei auf das Material übertragen. Was anschließend mit dieser Energie geschieht, hängt von der atomaren und molekularen Struktur des Stoffes ab.
Wie entsteht Lichtabsorption auf atomarer Ebene?
Atome und Moleküle besitzen bestimmte elektronische und energetische Zustände. Sie können Energie aus elektromagnetischer Strahlung aufnehmen, wenn die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie einen entsprechenden Übergang ermöglicht.
Bei der Absorption kann die Energie eines Photons beispielsweise:
Elektronen in einen höheren Energiezustand anregen,
Molekülschwingungen oder Rotationszustände anregen,
innerhalb des Materials in thermische Energie übergehen,
photochemische Reaktionen auslösen,
teilweise durch Fluoreszenz oder Phosphoreszenz wieder als Licht abgegeben werden.
Die für diese Prozesse verfügbaren Energiezustände unterscheiden sich von Material zu Material.
Deshalb absorbieren verschiedene Stoffe unterschiedliche Bereiche des elektromagnetischen Spektrums.
Ein Stoff kann für sichtbares Licht weitgehend transparent sein und gleichzeitig ultraviolette oder infrarote Strahlung stark absorbieren.
Warum erwärmen sich Materialien durch Licht?
Bei vielen Absorptionsvorgängen wird die aufgenommene Energie über mikroskopische Wechselwirkungen in Wärme überführt.
Die innere Energie des Materials steigt, wodurch sich seine Temperatur erhöhen kann.
Ein anschauliches Beispiel liefern schwarze und weiße Oberflächen unter Sonnenlicht.
Eine typische schwarze Oberfläche absorbiert einen großen Anteil der sichtbaren Strahlung. Eine weiße Oberfläche reflektiert dagegen meist einen wesentlich größeren Anteil.
Bei ansonsten vergleichbaren Bedingungen kann sich die schwarze Oberfläche deshalb stärker erwärmen.
Allerdings sind sichtbare Farbe und thermisches Verhalten nicht gleichzusetzen. Eine im sichtbaren Spektrum schwarze Beschichtung kann im Infrarotbereich andere Absorptions- und Reflexionseigenschaften besitzen als eine andere schwarze Beschichtung.
Für die Erwärmung durch Sonnenlicht ist letztlich die Absorption über das gesamte relevante Sonnenspektrum entscheidend.
Selektive Absorption: Warum Materialien farbig erscheinen
Eine besonders wichtige Eigenschaft vieler Materialien ist die spektral selektive Absorption.
Das bedeutet, dass bestimmte Wellenlängen stärker absorbiert werden als andere.
Ein roter Farbfilter lässt typischerweise einen großen Anteil roter Wellenlängen passieren, während er große Teile des blauen und grünen Spektralbereichs absorbiert.
Eine rote, nicht durchscheinende Oberfläche funktioniert anders: Sie reflektiert bevorzugt die Wellenlängen, die wir als Rot wahrnehmen, während andere Spektralanteile stärker absorbiert werden.
Die wahrgenommene Farbe hängt deshalb immer von zwei Faktoren ab:
Der spektralen Zusammensetzung des einfallenden Lichts.
Den wellenlängenabhängigen Eigenschaften des Materials.
Eine rote Oberfläche kann nur dann kräftig rot erscheinen, wenn die Beleuchtung ausreichend Strahlung in den entsprechenden Wellenlängenbereichen enthält.
Diese Zusammenhänge sind für die Farbwiedergabe künstlicher Lichtquellen von großer Bedeutung.
Was ist Transmission von Licht?
Als Transmission bezeichnet man den Durchgang elektromagnetischer Strahlung durch ein Material oder ein optisches System.
Das Licht gelangt auf einer Seite in den Stoff und tritt auf der gegenüberliegenden Seite wieder aus.
Dabei können sich seine Ausbreitungsrichtung, räumliche Verteilung, Intensität und spektrale Zusammensetzung verändern.
Wie stark Licht übertragen wird, hängt von den optischen Eigenschaften des Materials und seiner Geometrie ab.
Transparente, transluzente und opake Materialien
Werkstoffe lassen sich nach ihrem Verhalten gegenüber sichtbarem Licht in drei grundlegende Gruppen einteilen.
| Materialeigenschaft | Beschreibung | Beispiele |
|---|---|---|
| Transparent | Licht wird überwiegend gerichtet übertragen; Gegenstände dahinter sind klar erkennbar. | Klarglas, transparentes Acrylglas |
| Transluzent | Licht wird übertragen, aber stark gestreut; Gegenstände erscheinen unscharf oder sind nicht erkennbar. | Opalglas, satinierte Kunststoffe |
| Opak | Sichtbares Licht wird praktisch nicht durchgelassen. | Metallbleche, deckend beschichtete Platten |
Die Übergänge zwischen diesen Kategorien sind fließend.
Ein dünnes Material kann transluzent erscheinen, während eine wesentlich dickere Schicht desselben Materials nahezu opak wirkt.
Auch kann ein Werkstoff für sichtbares Licht undurchlässig sein, aber Strahlung in anderen Spektralbereichen übertragen.
Gerichtete und diffuse Transmission
Für die Lichttechnik ist nicht allein entscheidend, wie viel Licht durch ein Material gelangt, sondern auch, in welche Richtungen es anschließend austritt.
Bei der gerichteten Transmission bleibt die geordnete Ausbreitung des Lichts weitgehend erhalten. Lichtstrahlen werden zwar gegebenenfalls gebrochen, aber nur geringfügig gestreut.
Ein Beispiel ist eine klare Glasscheibe.
Bei der diffusen Transmission wird das Licht innerhalb des Materials oder an seinen Oberflächen in unterschiedliche Richtungen umverteilt.
Diesen Effekt nutzt man bei satinierten Abdeckungen, opalen Kunststoffen und speziellen optischen Diffusoren.
Die gesamte Transmission lässt sich entsprechend aufteilen:
τ = τᵣ + τ𝒹
Dabei sind τᵣ der gerichtete und τ𝒹 der diffuse Transmissionsanteil.
Wichtig ist dabei die Unterscheidung zwischen Streuung und Absorption:
Gestreutes Licht ist nicht automatisch verlorenes Licht.
Ein ideal streuendes Material könnte Licht in zahlreiche Richtungen verteilen, ohne dabei Strahlungsenergie zu absorbieren.
Reale optische Diffusoren verursachen allerdings gewöhnlich sowohl Streuung als auch Reflexions- und Absorptionsverluste.
Der Transmissionsgrad: Wie viel Licht gelangt durch ein Material?
Der Transmissionsgrad ist eine der wichtigsten Kenngrößen zur Beschreibung lichtdurchlässiger Materialien.
Er beschreibt das Verhältnis zwischen dem transmittierten und dem einfallenden Strahlungsfluss.
τ = Φₜ / Φₑ
Dabei bedeuten:
τ: Transmissionsgrad
Φₜ: transmittierter Strahlungsfluss
Φₑ: einfallender Strahlungsfluss
Ein Transmissionsgrad von 0,85 bedeutet, dass 85 % des einfallenden Strahlungsflusses die betrachtete Materialprobe durchdringen.
Die übrigen 15 % werden reflektiert oder absorbiert.
Bei streuenden Materialien muss die gesamte transmittierte Strahlung erfasst werden, wenn der Gesamttransmissionsgrad bestimmt werden soll.
Was ist der Absorptionsgrad?
Der Absorptionsgrad α beschreibt den Anteil des einfallenden Strahlungsflusses, der durch das Material aufgenommen wird.
Er lässt sich entsprechend ausdrücken als:
α = Φₐ / Φₑ
Mit dem Reflexionsgrad ρ und dem Transmissionsgrad τ ergibt sich:
α = 1 − ρ − τ
Ein geringer Transmissionsgrad bedeutet somit nicht zwangsläufig einen hohen Absorptionsgrad.
Ein Spiegel beispielsweise besitzt einen sehr niedrigen Transmissionsgrad, reflektiert aber einen großen Teil des einfallenden Lichts.
Ein schwarzer, lichtundurchlässiger Körper kann dagegen einen hohen Absorptionsgrad besitzen.
Beide Materialien sind für sichtbares Licht undurchlässig, ihr optisches und thermisches Verhalten unterscheidet sich jedoch erheblich.
Lichttransmissionsgrad und spektraler Transmissionsgrad
Der Begriff Transmission wird in der Praxis für unterschiedliche Messgrößen verwendet.
Der spektrale Transmissionsgrad τ(λ) beschreibt die Durchlässigkeit bei einer bestimmten Wellenlänge.
Er zeigt, welche Anteile des Spektrums von einem Material übertragen werden.
Der Lichttransmissionsgrad τᵥ beschreibt dagegen den Anteil des photometrisch bewerteten sichtbaren Lichtstroms, der das Material durchdringt.
Dabei wird berücksichtigt, dass das menschliche Auge nicht für alle Wellenlängen gleich empfindlich ist.
Die photometrische Bewertung erfolgt mithilfe der spektralen Hellempfindlichkeitsfunktion V(λ).
Ein Material kann daher je nach Spektrum der verwendeten Lichtquelle unterschiedliche Lichttransmissionsgrade aufweisen, obwohl seine spektralen Materialeigenschaften unverändert bleiben.
Für technische Vergleiche sollten deshalb die Messbedingungen und das zugrunde gelegte Beleuchtungsspektrum bekannt sein.
Wie beeinflusst die Materialdicke die Lichtabsorption?
Bei homogenen, nicht streuenden absorbierenden Materialien nimmt die im Material verbleibende Strahlungsleistung mit zunehmender Weglänge ab.
Je länger der Weg durch das Material ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Photonen absorbiert werden.
Dieser Zusammenhang wird durch das Lambert-Beer-Gesetz beschrieben.
Das Lambert-Beer-Gesetz
Für eine bestimmte Wellenlänge lässt sich die interne Transmission eines homogenen, nicht streuenden Materials durch folgende Gleichung beschreiben:
τᵢ(λ, d) = e^(−μₐ(λ) · d)
Dabei bedeuten:
τᵢ: interner Transmissionsgrad
λ: Wellenlänge
μₐ: spektraler Absorptionskoeffizient
d: durchlaufene Materialdicke
e: Eulersche Zahl
Der Absorptionskoeffizient beschreibt, wie stark die Strahlung innerhalb eines bestimmten Materials abgeschwächt wird.
Je größer μₐ ist, desto schneller nimmt die intern übertragene Strahlungsleistung mit zunehmender Dicke ab.
Beispiel: Verdopplung der Materialdicke
Angenommen, eine homogene Materialschicht besitzt bei einer bestimmten Wellenlänge und einer Dicke von 1 mm einen internen Transmissionsgrad von 90 %.
Bei gleichen Materialeigenschaften ergibt sich für die doppelte Weglänge:
τᵢ(2 mm) = 0,90² = 0,81
Die interne Transmission beträgt also noch 81 %.
Bei 3 mm Dicke ergibt sich entsprechend:
τᵢ(3 mm) = 0,90³ = 0,729
Die interne Transmission sinkt auf rund 72,9 %.
Dieses Beispiel verdeutlicht, dass der Zusammenhang zwischen Materialdicke und Transmission im Allgemeinen nicht linear ist.
Grenzen des Lambert-Beer-Gesetzes
Das einfache exponentielle Modell beschreibt die Absorption in einem homogenen, nicht streuenden Medium.
Bei realen optischen Bauteilen müssen weitere Effekte berücksichtigt werden.
Dazu gehören:
Reflexion an den Ein- und Austrittsflächen,
Lichtstreuung durch Partikel oder Materialstrukturen,
mehrfache interne Reflexionen,
nicht homogene Materialeigenschaften,
wellenlängenabhängige Absorption.
Insbesondere stark streuende Diffusoren lassen sich deshalb nicht allein über einen einfachen Absorptionskoeffizienten vollständig charakterisieren.
Für die Bewertung solcher Materialien sind zusätzliche optische Messgrößen erforderlich.
Warum ist die Transmission von der Wellenlänge abhängig?
Die meisten realen Materialien besitzen keine über das gesamte elektromagnetische Spektrum konstante Transmission.
Ihre optischen Eigenschaften sind vielmehr wellenlängenabhängig.
Ein Werkstoff kann beispielsweise kurzwelliges ultraviolettes Licht stark absorbieren, sichtbares Licht weitgehend übertragen und bestimmte Bereiche der infraroten Strahlung erneut abschwächen.
Daraus entstehen charakteristische spektrale Transmissionskurven.
Spektrale Transmissionskurven
Eine spektrale Transmissionskurve zeigt den Transmissionsgrad eines Materials in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
Auf der horizontalen Achse wird die Wellenlänge dargestellt, auf der vertikalen Achse der Transmissionsgrad.
Ein möglichst neutraler, klarer optischer Werkstoff besitzt im vorgesehenen sichtbaren Spektralbereich eine hohe und möglichst gleichmäßige Transmission.
Ein Farbfilter dagegen zeigt ausgeprägte Unterschiede zwischen einzelnen Wellenlängenbereichen.
Die spektrale Transmission bestimmt damit nicht nur die Lichtmenge, sondern auch die spektrale Zusammensetzung des durchgelassenen Lichts.
Einfluss auf die wahrgenommene Lichtfarbe
Wird weißes Licht durch ein Material mit selektiver Transmission geleitet, verändert sich unter Umständen seine spektrale Zusammensetzung.
Dies kann Auswirkungen auf folgende Eigenschaften haben:
wahrgenommene Lichtfarbe,
Farbort,
korrelierte Farbtemperatur,
Farbwiedergabe beleuchteter Objekte,
spektrale Gleichmäßigkeit des austretenden Lichts.
Eine optische Abdeckung kann deshalb den Farbort einer LED-Lichtquelle beeinflussen, auch wenn die LED selbst unverändert betrieben wird.
Bei hochwertigen Beleuchtungssystemen ist es wichtig, die spektralen Eigenschaften aller optischen Komponenten gemeinsam zu betrachten.
Absorption und Transmission in der LED-Lichttechnik
Die physikalischen Grundlagen von Absorption und Transmission haben unmittelbare Auswirkungen auf die Entwicklung und Bewertung moderner LED-Beleuchtungssysteme.
Zwischen der eigentlichen Lichterzeugung im LED-Chip und dem Austritt des Lichts aus einer fertigen Leuchte befinden sich häufig mehrere optische Komponenten.
Dazu gehören beispielsweise Primäroptiken, Linsen, Lichtleiter, Diffusoren, Abdeckungen und beschichtete Oberflächen.
Jede dieser Komponenten kann die Lichtübertragung beeinflussen.
Transparente und streuende Abdeckungen
Klare Abdeckungen werden eingesetzt, wenn Licht mit möglichst geringen Streuverlusten übertragen werden soll.
Typische Werkstoffe sind transparentes Acrylglas (PMMA), Polycarbonat (PC) und verschiedene Glasarten.
Diese Materialien unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich:
spektraler Transmission,
Brechungsindex,
Oberflächenreflexion,
Temperaturbeständigkeit,
UV-Beständigkeit,
mechanischer Eigenschaften,
Langzeitverhalten.
Für die Auswahl eines optischen Materials reicht der reine Transmissionsgrad deshalb häufig nicht aus.
Bei Lichtdecken und flächigen LED-Systemen werden oft bewusst streuende Materialien eingesetzt.
Sie verteilen das Licht über größere Austrittswinkel und vermindern die direkte Sichtbarkeit einzelner LEDs.
Dadurch lässt sich eine gleichmäßig leuchtende Fläche erzeugen.
Der Zielkonflikt zwischen Lichtdurchlässigkeit und Homogenität
Bei großflächigen LED-Lichtsystemen sind zwei Eigenschaften besonders wichtig:
Hohe Lichttransmission reduziert optische Verluste und kann die Energieeffizienz verbessern.
Hohe Lichtstreuung unterstützt eine gleichmäßige Lichtverteilung und reduziert lokal erkennbare Helligkeitsunterschiede.
Beide Eigenschaften müssen aufeinander abgestimmt werden.
Ein stark streuender Diffusor kann eine ausgezeichnete Homogenität erzeugen, gleichzeitig aber einen Teil der Strahlung reflektieren oder absorbieren.
Ein sehr klarer Diffusor ermöglicht dagegen unter Umständen eine höhere Transmission, lässt jedoch einzelne LEDs oder ungleichmäßige Lichtverteilungen deutlicher erkennen.
Für die Konstruktion hochwertiger Lichtdecken ergibt sich daraus eine optische Optimierungsaufgabe.
Die Eigenschaften der Abdeckung müssen gemeinsam mit dem LED-Abstand, der Anordnung der Lichtquellen, der Bautiefe und den Reflexionseigenschaften des Leuchtengehäuses betrachtet werden.
Eine maximale Materialtransmission ist deshalb nicht automatisch mit der besten Gesamtqualität eines Beleuchtungssystems gleichzusetzen.
Optische Eigenschaften verschiedener Abdeckungsmaterialien
| Material | Typische optische Eigenschaft | Häufige Anwendung |
|---|---|---|
| Klares PMMA | Hohe gerichtete Transmission | Lichtleiter, klare Abdeckungen |
| Klares Polycarbonat | Hohe gerichtete Transmission | Mechanisch belastbare Abdeckungen |
| Satiniertes Glas | Diffuse Transmission durch Oberflächenstreuung | Leuchtenabdeckungen |
| Opales PMMA | Ausgeprägte Lichtstreuung | Flächenleuchten, Lichtdecken |
| Eingefärbte Kunststoffe | Spektral selektive Transmission | Farbfilter, dekorative Lichtsysteme |
| Mikrostrukturierte Optiken | Gezielte Umverteilung des Lichts | Linsen, Diffusoren, Lichtlenkung |
Die tatsächlichen optischen Eigenschaften sind produkt-, material- und dickenabhängig.
Wie beeinflusst die Transmission den Lichtstrom?
Ein vereinfachtes Rechenbeispiel verdeutlicht die Bedeutung der optischen Abdeckung.
Angenommen, auf eine Abdeckung trifft ein Lichtstrom von 1.000 Lumen.
Besitzt die Abdeckung unter den betrachteten Bedingungen einen Lichttransmissionsgrad von 80 %, ergibt sich ein transmittierter Lichtstrom von:
Φₜ = 1.000 lm · 0,80 = 800 lm
Die verbleibenden 200 Lumen werden nicht durch die Abdeckung übertragen.
Sie entsprechen jedoch nicht zwangsläufig vollständig absorbierter Strahlung. Ein Teil kann reflektiert werden.
Innerhalb einer Leuchte kann reflektiertes Licht wiederum auf andere Oberflächen treffen, erneut reflektiert oder schließlich absorbiert werden.
Der tatsächliche Lichtstrom der gesamten Leuchte hängt deshalb vom Zusammenspiel sämtlicher optischer Komponenten ab.
Materialalterung und langfristige Lichtqualität
Optische Materialien können sich unter dem Einfluss von Temperatur, Strahlung, Sauerstoff und weiteren Umgebungsbedingungen verändern.
Bei bestimmten Kunststoffen kann beispielsweise eine Vergilbung auftreten.
Dabei verändert sich die spektrale Transmission. Besonders kürzere sichtbare Wellenlängen können stärker abgeschwächt werden.
Mögliche Folgen sind:
abnehmender Lichtstrom,
veränderte Lichtfarbe,
schlechtere Farbkonsistenz,
veränderte optische Homogenität.
Für langlebige LED-Beleuchtungssysteme ist deshalb nicht nur die anfängliche Transmission eines Materials entscheidend.
Ebenso wichtig ist die Stabilität seiner optischen Eigenschaften über die vorgesehene Nutzungsdauer.
Wie werden Absorption und Transmission gemessen?
Zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von Materialien werden unterschiedliche Messverfahren eingesetzt.
Welche Methode geeignet ist, hängt davon ab, ob beispielsweise die spektrale Transmission, die gesamte Lichtdurchlässigkeit oder die Lichtstreuung untersucht werden soll.
Spektralphotometrie
Ein Spektralphotometer erfasst die optischen Eigenschaften eines Materials in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
Dadurch lassen sich beispielsweise die spektrale Transmission und Reflexion bestimmen.
Bei geeigneter Messanordnung kann aus beiden Größen auch der Absorptionsgrad berechnet werden.
Das Ergebnis liefert Informationen darüber, welche Wellenlängen übertragen, reflektiert oder absorbiert werden.
Solche Messungen sind besonders hilfreich für die Beurteilung von Farbfiltern, optischen Gläsern und LED-Abdeckungen.
Messungen mit einer Integrationskugel
Bei stark streuenden Materialien reicht die Messung eines gerichtet austretenden Lichtstrahls häufig nicht aus.
Ein erheblicher Teil der Strahlung verlässt die Probe unter anderen Winkeln.
Mit einer geeigneten Integrationskugel kann die transmittierte Strahlung über einen großen Winkelbereich erfasst werden.
Dadurch lässt sich die gesamte Transmission besser bestimmen.
Für transparente Kunststoffe beschreibt die Norm ASTM D1003 unter anderem Verfahren zur Messung der Lichttransmission und der Trübung.
Die Trübung, häufig als Haze bezeichnet, charakterisiert die Streuung des durchgelassenen Lichts.
Ein hoher Haze-Wert bedeutet nicht zwangsläufig eine niedrige Gesamttransmission.
Ein Material kann gleichzeitig sehr lichtdurchlässig und stark streuend sein.
Welche Kennwerte sind bei Diffusoren wichtig?
Für einen aussagekräftigen Materialvergleich sollten mehrere Eigenschaften betrachtet werden.
| Kennwert | Bedeutung |
|---|---|
| Gesamttransmission | Anteil des gesamten übertragenen Lichts |
| Gerichtete Transmission | Anteil des überwiegend ungestreut übertragenen Lichts |
| Diffuse Transmission | Anteil des diffus übertragenen Lichts |
| Spektrale Transmission | Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge |
| Haze | Kennwert für die Trübung beziehungsweise Streuung |
| Materialdicke | Einfluss auf Absorption und Streuverhalten |
| Winkelabhängigkeit | Veränderung der optischen Eigenschaften mit der Einfallsrichtung |
Insbesondere bei LED-Lichtdecken ist die Kombination aus Gesamttransmission und Lichtverteilung von Bedeutung.
Ein einzelner Prozentwert für die Lichtdurchlässigkeit beschreibt die Qualität eines Diffusors nicht vollständig.
Häufig gestellte Fragen zu Absorption und Transmission
Was ist der Unterschied zwischen Absorption und Transmission?
Bei der Absorption nimmt ein Material elektromagnetische Strahlungsenergie auf. Bei der Transmission gelangt Strahlung durch das Material hindurch.
Beide Prozesse können gleichzeitig auftreten. Zusätzlich kann ein Teil des Lichts reflektiert werden.
Bedeutet eine Transmission von 80 %, dass 20 % des Lichts absorbiert werden?
Nein. Die nicht transmittierten 20 % können sich auf Reflexion und Absorption verteilen.
Nur wenn der Reflexionsgrad bekannt ist, lässt sich der Absorptionsgrad aus der Energiebilanz bestimmen.
Warum lässt eine matte Kunststoffplatte Licht durch, obwohl man nicht hindurchsehen kann?
Weil sie das Licht beim Durchgang streut.
Die Strahlung wird auf unterschiedliche Richtungen verteilt, wodurch die räumliche Bildinformation verloren geht. Das Material ist transluzent statt klar transparent.
Ist eine höhere Lichttransmission bei LED-Diffusoren immer besser?
Nicht zwangsläufig.
Eine hohe Transmission begünstigt zwar geringe optische Verluste. Für eine homogene Lichtfläche ist jedoch auch eine geeignete Streuung erforderlich.
Die optimale Kombination hängt vom gesamten optischen Aufbau ab.
Wird Licht beim Durchgang durch Glas immer abgeschwächt?
Bei realen Glasscheiben treten gewöhnlich Reflexionsverluste an den Grenzflächen und gegebenenfalls Absorption im Material auf.
Wie groß die Abschwächung ist, hängt von der Glassorte, der Dicke, der Wellenlänge und dem Einfallswinkel ab.
Warum verändert ein Farbfilter die Lichtfarbe?
Weil er verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark überträgt.
Die spektrale Zusammensetzung des durchgelassenen Lichts verändert sich dadurch. Ein gewöhnlicher passiver Farbfilter erzeugt dabei keine zusätzlichen Spektralanteile, die in der einfallenden Strahlung nicht vorhanden waren.
Was passiert, wenn ein lichtabsorbierendes Material dicker wird?
Bei homogenen, nicht streuenden Materialien nimmt die interne Transmission mit zunehmender Dicke exponentiell ab.
Bei stark streuenden oder mehrschichtigen Materialien ist das Verhalten komplexer und muss unter Berücksichtigung zusätzlicher optischer Effekte untersucht werden.
Zusammenfassung: Absorption und Transmission als Grundlagen der Lichttechnik
Absorption und Transmission gehören zu den grundlegenden Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie.
Die Absorption bestimmt, welcher Anteil der Strahlungsenergie im Material aufgenommen wird. Die Transmission beschreibt, welcher Anteil das Material durchdringt.
Gemeinsam mit der Reflexion und der Lichtstreuung bestimmen diese Prozesse die optischen Eigenschaften realer Werkstoffe.
Für die Entwicklung von LED-Beleuchtungssystemen ist insbesondere die Kombination aus hoher Lichtdurchlässigkeit, geeigneter Lichtverteilung, spektraler Neutralität und langfristiger Materialstabilität entscheidend.
Gerade bei flächigen Beleuchtungssystemen und hochwertigen Lichtdecken zeigt sich, dass die Qualität einer optischen Abdeckung nicht allein über ihre maximale Transmission beurteilt werden kann.
Erst das abgestimmte Zusammenspiel von Lichtquelle, Material, Geometrie und optischer Streuung ermöglicht eine effiziente und gleichmäßige Lichtverteilung.
Weiterführende Inhalte
Reflexion von Licht: Wie Oberflächen Licht zurückwerfen und welche Arten der Reflexion unterschieden werden.
Lichtbrechung und Totalreflexion: Wie sich die Ausbreitungsrichtung von Licht an Grenzflächen verändert.
Lichtstreuung und Diffusion: Wie Licht durch mikroskopische Strukturen räumlich verteilt wird.
Das elektromagnetische Spektrum: Warum verschiedene Wellenlängen unterschiedliche physikalische Eigenschaften besitzen.
Quellen und weiterführende Fachliteratur
CIE – International Lighting Vocabulary (CIE S 017:2020). Begriffsdefinitionen für Absorption, Reflexion, Transmission und optische Kenngrößen. https://cie.co.at/e-ilv
Technische Universität Braunschweig – Beer-Lambert Law. Physikalische Grundlagen des Lambert-Beer-Gesetzes und seiner Anwendungsgrenzen. https://www.pci.tu-bs.de/aggericke/PC4/Kap_I/beerslaw.htm
ASTM International – ASTM D1003-21. Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics. https://store.astm.org/standards/d1003
CIE – Spectral Luminous Efficiency. Definition der spektralen Hellempfindlichkeit und photometrischer Bewertungsverfahren. https://cie.co.at/eilvterm/17-21-035