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Bunte LEDs machen Weisslicht

Eine LED ist von Haus aus nur ein einfarbiger Strahler. Mit einem additiven Farbwechselsystem das aus rot grünen und blauen LED besteht ist es möglich weißes Licht durch die Summe der einzelnen Farben zu erzeugen. Man macht sich die Eigenschaft zu Nutze das ein Betrachter nicht unterscheiden kann, ob z.B.Gelb aus einer reinen Spektralfarbe besteht (Gelb 589 nm) oder aus der additiven Mischung von einem Rot 671 nm und einem Grün 535 nm, also damit einer "bedingt" gleichen Farbe. Bei dem gleichen Gelbeindruck trotz unterschiedlicher Zusammensetzung spricht man von gleicher Farbvalenz. Obwohl beide Gelbs den gleichen Farbeindruck hinterlassen, besitzen sie eine unterschiedliche spektrale Zusammensetzung. Würde man nun die Spektral gleiche Farbe auf eine grüne Dekoration werfen, so erscheint die Dekoration unbunt (grau). Wirft man aber die "Bedingt gleiche Farbe" auf dasselbe grüne Dekorationsobjekt, so erscheint diese grün. Ergo sind LED Farbmischsysteme interessant wenn es gilt auf weißen Flächen oder mit dem Lichtstrahl selbst eine Farbe zu kreieren, aber sehr kritisch wenn farbenbehaftete Objekte angestrahlt werden sollen.

Weißes Licht durch RGB Mischung, eingeschränkte Farbwiedergabe durch große Lücken im Spektrum, aber die Möglichkeit andere Farben zu mischen.

Deshalb werden bei LED-Demonstartionen gerne weiße Objekte bestrahlt um nicht auf diesen Manko hinzuweisen.

Die Notwendigkeit mehr als nur die drei Grundfarben zu verwenden ist offensichtlich, wenn man sich an die schmalbandige Emittierung der Lichtfarbe einer LED erinnert. Um das Lichtspektrum möglichst breitrandig wieder zu geben, womit automatisch der Farbwiedergabeindex steigt, muss man die Lücken im Frequenzband auffüllen. Das kann man erreichen, indem weitere Farbfrequenzen den drei schmalbandigen Grundfarben hinzugefügt werden. Jedoch kann eine LED nicht einfach in jeder gewünschten Farbe hergestellt werden. Beide Effekte – Mehrfarbigkiet für größeren Farbraum und Frequenzband auffüllen für bessere Farbwiedergabe - sind keine neue Erfindung von LED-Strahlern. So wurde die Vergrößerung des Farbraums z.B. beim Seachanger bereits bei der subtraktiven Farbmischung durch vier Farbfilter statt der üblichen drei erreicht, oder wie bei der VL7 durch einen Filterbandpass und einen Notfilter. Die Erzielung von besserer Farbwiedergabe mit vielfarbigen LEDs wurde bereits bei einer Museumsleuchte vor über 10 Jahren realisiert, als es darum ging eine Beleuchtung für Exponate zu schaffen die keine IR und UV Strahlung ausweist aber möglichst die Farben des Exponates dennoch wiedergeben zu können. Aber auch das Anreichern von weiteren Spektren mittels Wellenkonvertierung verwendet man bei Leuchtstofflampen genauso wie bei weißen oder auch Amberfarbenden LEDs.

Rote LED,                     Grüne LED,                Blaue LED,                  Amber LED,                  Weiße LED

Gemischt  aus Rot Grün und Blauer LED,


Gemischt  aus Rot Grün, Blauer und Amber LED

Gemischt  aus Rot Grün, Blauer, Amber und weißer LED

Bei den photometrischen Daten von LED-Farbwechsel-Scheinwerfern werden meist 16,7 Milionen Farbvariationen beschrieben. Diese Zahl rührt daher, dass ein DMX-Kanal 256 Werte unterscheidet. Diesem standardisierten Regelstellbereich wurde meist die Ansteuerung der LED-Treiberelektronik untergeordnet. Demnach folgt für die drei Wertebereiche Rot, Grün und Blau 256 hoch drei, also 16.777.216 Kombinationsmöglichkeiten. In der Praxis machen wir aber oft die Erfahrung, dass man selbst beim %-weisen Ändern eines Farb-Kanals keine Veränderung erkennen kann. Dies liegt daran, dass unser Sehsystem, bestehend aus Auge und Gehirn nur in der Lage ist, ca. 200 Farben zu unterscheiden. Werden hellere und dunklere Farbabstufungen berücksichtigt, so sind es immerhin ca. 20.000 Farbunterschiede, die der Mensch erkennen kann. So ist es verständlich, dass meist erst ab zwei Prozentpunkten eine Veränderung erkennbar ist. Im unteren Regelbereich aber sind Prozentveränderungen und sogar einzelne Bitsprünge durchaus erkennbar, ähnlich wie bei Leuchtstofflampen. Hier könnten die Hersteller, ähnlich der Dimmerkurven, das Ansprechverhalten der Farbmischsysteme anpassen, zumal im oberen Stellbereich mehrere Prozentpunkte keine sichtbare Veränderung hervorrufen. Ein Vergleich mit den Angaben bei PC-Grafiksystemen erlaubt aber dort keinen Rückschluss zur Eingrenzung auf 20.000 Farbnuancen. Dort sind 16,7 Millionen oder gar mehr Farbkombinationen sinnvoll, obwohl wir sie am Monitor nicht auseinanderhalten können. Aber die Bildbearbeitung erlaubt bei einer hohen Farbtiefe wesentlich mehr Differenzierungsmöglichkeiten zur Bildmanipulation, so dass bestimmte Ergebnisse erst über den Umweg des tiefen Farbraumes ermöglicht werden.

Wenn ein LED Strahler mehr als nur R G B aufweist, wird von den meisten Lichtsteuersystemen deren Colorpicker die nur auf RBG basieren nicht richtig unterstützt. Auch ist eine 16 Bit Behandlung von Farben auf Steuerpultseite mehr die Seltenheit. Und da sich abzeichnet, dass eher mehr verschiedene Kombinationen von RGB + weitere Farben Ihren Weg auf den Markt finden werden, sollte man als Scheinwerferhersteller vielleicht umdenken und die Farbsteuerung in den Scheinwerfer selbst integrieren. Natürlich ist es eine algorithmische Herausforderung zum RGB nun noch einen vierten Parameter hinzuzuziehen. Aber vielleicht wäre ein weiterer Ansatz ebenfalls hilfreich. Anstatt dem Pult die exakte Farbmischung zu überlassen, wäre es doch auch denkbar, dass die Scheinwerfer selber die Algorithmen und Tabellen zur Farbmischung beinhalten. So könnte man z.B. drei Byte, sprich drei Steuerkreise aufwenden um mit einen Steuerkreis für die Auswahl des Farbfolienhersteller wie Rosco, Lee, Gam … durchzuführen, um dann mit dem nächsten zwei Kreisen 65536 verschiedene Farben auszuwählen, wie z.B. eine 102. So könnten die Paletten auf den Pulten leichter realisiert werden, da der Scheinwerferhersteller bereits die Abstimmungswerte definiert hat. Drei Kanäle würden auch ein HSI-System (Hue-Farbton, Saturation-Sättigung, Intensity-Dimmer)  benötigen. Hier kann dann in der Software des Scheinwerfers die zusätzlichen Farbquellen einbezogen werden, so dass für das Lichtstellpult immer nur HSI verwendet werden braucht, um den Colorpicker ähnlich der Farbe des Scheinwerfers abbilden zu lassen. So hat zwar der Entwickler des Scheinwerfers mehr Programmieraufwand, jedoch ist der Anwender dankbar, da er dann unabhängig der verwendeten Konsole immer die gleichen gewohnten Farben erhält und das Bilden der Bibliotheken ist auch einfacher, abgesehen davon, dass eben viele Lichtstellpulte das Verwenden von zusätzlichen Farben zu RGB erst gar nicht erlauben.


Das Verhalten verschiedener LED-Strahler ist auch beim Ansteuern des Weißpunktes unterschiedlich. Wird von einigen LED-Strahlerelektroniken bei
100 % RGB am Stellpult auf den optimalen x=y=0,33 Weißpunkt gesteuert, müssen bei anderen Systemen die RGB-Anteile vom Operator prozentweise eingedunkelt werden, um den Weißpunkt zu treffen. Letzteres bietet aber bei Vollansteuerung eine höhere Lichtleistung. Dass dabei nicht unbedingt eine weiße Farbe herauskommt, wird klar, wenn man bedenkt, dass die einzelnen LEDs je nach Farbe einen sehr unterschiedlichen Wirkungsgrad haben und unsere Augen auf verschiedenen Farben unterschiedlich empfindlich sind. Deshalb sind einige LED-Scheinwerfer mit unterschiedlicher LED-Anzahl je Grundfarbe ausgestattet, um allein durch den Aufbau den optimalen Weißpunkt zu erreichen. Andere Hersteller versuchen das mit Ihrer Ansteuerungselektronik zu kompensieren. Manche erlauben auch eine Modeänderung, bei der man einmal für maximale Lichtleistung bei Ansteuerung der drei Farben mit 100% alle LED-Farben mit z.B. 350mA gleich optimal angetrieben werden. Im anderen Mode dagegen werden die heller strahlenden Farben mit weniger Strom versorgt, so das bei Ansteuerung von allen drei Farben der Weißpunkt versucht wird zu treffen.


Aufgrund der Tatsache, das die unterschiedlichen Farben auch unterschiedliche Elektrische Parameter und kennlinien haben, aber meist die selbe Ansteuerelektronik mit den gleichen Dimmerkurven zum einsatz kommen, verhalten sich die unterschiedlichen Farben beim Dimmen auch unterschiedlich. Zieht man dann den Summensteller um eine Lichtszene einzudunkln, kanne es durchaus sein, das sich der eingestellte Farbort des LED-Strahlers verschiebt. Im folgenden sieht man einen Dimmverlauf eines LED-Strahlers.  

Aufgenommen bei einem Vortrag in Zwolle vom VPT

So wie man eben weiße LEDs herstellen kann, ist es auch möglich eine LED mit einer bestimmt Farbe herzustellen. Dazu werden über dem Blau abstrahlenden LED-Chip Phosphor in der gewünschten Farbrichtung in die Chipabdeckende Hartzschicht mit eingelassen. Je nach Menge der Beimischung kann somit auch das Farbmischungsverhältnis verändert werden, so dass die unterschiedlichsten Farben hergestellt werden können.

Phosphorbeimischungen haben zu dem noch den Vorteil das die Abstrahlspektrum breiter als bei einer reinen LED ist.

Erreichbare Farbbreiche durch Phosphorbeimengungen (Quelle: Osram)

Beispiele von erhältlichen Standard LED-Sonderfarben (Quelle: Osram)

Sonderfarben mittel Phosphorbeimischungen (Quelle: Osram)

Buntweiss





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