LED-Spektrum vs. Lichtspektrum anderer Leuchtmittel

8. Juli 2019
Pro-emit Team

Das Licht ist bekanntermaßen Teil der elektromagnetischen Strahlung, die (u.a.) die Sonne abgibt. Es strahlt in unterschiedlichen Wellenlängen bzw. in diesen unterschiedlich intensiv. Je nachdem, wie sich dies bei einer Lichtquelle zusammensetzt, ergibt sich ein spezielles Lichtspektrum und das ist von Leuchtmittel zu Leuchtmittel verschieden. In diesem Beitrag nehmen wir das LED-Spektrum sowie das Lichtspektrum von Glühbirne und Co. unter die Lupe.

Lichtspektrum und Farbtemperatur: Was versteht man darunter?

Über Spektrum und Farbtemperatur und dergleichen stolpert man gerne mal, wenn man Licht sozusagen kaufen will. Die unterschiedlichen Leuchtmittel haben dann so Angaben wie „warmweiß“ oder sogar genauer „2700K“ etc. Doch was bedeutet das nun genau? Holen wir dafür etwas aus.

Licht strahlt in unterschiedlichen Wellenlängen, welche in etwa das Farbspektrum eines Regenbogens ergeben. Bei einem Regenbogen wird das Licht in seine verschiedenen Wellenlängen zerlegt – von kurzwellig (violett, ab etwa 380 Nanometer) bis langwellig (rot, bis etwa 750 Nanometer). All diese Wellenlängen zusammen ergeben das neutrale bzw. weiße Licht, das wir kennen.

Für den Menschen sichtbares Lichtspektrum
Von Horst Frank / Phrood / Anony - Horst Frank, Jailbird and Phrood, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3726606

Nun ist es aber so, dass sich diese Wellenlängen unterschiedlich zusammensetzen können und demnach das Weiß, das sie zusammen ergeben, dann leicht färben. Gibt es im blauen Wellenlängenbereich mehr Intensität, wirkt das Licht bläulicher, wobei es wiederum im rot-orangen Bereich rötlicher wirkt.

Übrigens: Ein wirkliches „Vollspektrum“, wie viele Produktinformationen versprechen, gibt es eigentlich nicht. Nicht einmal das Sonnenlicht gibt in jedem Wellenlängenbereich gleich starke Strahlung ab, im Gegenteil: Das Sonnenlicht variiert seine „farbliche“ Zusammensetzung sogar je nach Sonnenstand.

Aus diesen unterschiedlichen Zusammensetzungen der Wellenlängen ergibt sich also der Charakter bzw. eben das Lichtspektrum. Das wäre auch gar nicht weiter beachtenswert, wenn nicht bereits minimale Veränderungen große Effekte auf verschiedensten Gebieten erzielen würden.

Beobachtbar ist das beispielsweise bei der Fotografie. Das menschliche Auge stellt sich automatisch auf verschiedene Lichtverhältnisse ein, sodass wir die Unterschiede in der Farbwiedergabe der Gegenstände um uns herum gar nicht wahrnehmen. Eine Kameralinse dagegen braucht eine entsprechende Software, um den sogenannten Weißabgleich entsprechend zu steuern.

Bekommt man eine Kamera mit feststellbarem Weißabgleich in die Finger, wird man sich über die plötzlich extrem blaustichigen Fotos wundern, wenn man erst draußen bei Tageslicht und dann drinnen bei Glühlampenlicht fotografiert.

Spektrum: LED im Vergleich zu verschiedenen Lichtquellen

Das Emissionsspektrum verschiedener Lichtquellen variiert also. Stellt sich die Frage, inwiefern und warum genau. Wir werden versuchen, diese Fragen zu beantworten und außerdem einen Blick darauf zu werfen, was das in unterschiedlichen Bereichen bedeutet. Dabei werden wir auf unserem Feld der Expertise bleiben und vor allem das LED-Spektrum im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln – nun ja – näher beleuchten.

LED Schreibtischleuchte
Spektrum einer LED-Schreibtischleuchte.

Lichtspektrum LED

LEDs, also light-emitting diodes, leuchten durch ein sogenanntes Halbleitermaterial. Nun gibt es davon unterschiedliche Sorten und diese leuchten auch in entsprechend verschiedenen Farben.

Sie strahlen also unterschiedliche Kombinationen aus Wellenlängen ab. Das verschafft den LEDs im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln einen wesentlichen Vorteil:

Das LED-Lichtspektrum ist variabel. Und zwar lässt es sich beispielsweise mit diesen Halbleitermaterialen wie folgt färben:

  • Aluminiumgalliumarsenid: Rot und selbst Infrarot
  • Galliumarsenidphosphid oder Aluminiumindiumgalliumphosphid: Rot, Orange und Gelb
  • Galliumphosphid: Grün
  • Indiumgalliumnitrid oder Galliumnitrid: Ultraviolett, Violett, Blau und Grün

Für weiße LEDs beispielsweise wird eine blaue Grundschicht verwendet, die mit einer gelblichen Lumineszenzschicht ergänzt wird und somit quasi als Wellenlängen-Konverter wirkt.

 

LED vs. Tageslicht/Sonnenlicht

Das Tages- bzw. eher Sonnenlicht lässt sich mit dem Spektrum der LEDs insofern vergleichen, als dass es ebenfalls variabel ist. Hier ist der Sonnenstand dafür verantwortlich, dass sich die Qualität des Lichts verändert. Verschwindet die Sonne langsam hinter dem Horizont, schafft es nämlich nur noch das langwellige Spektrum über die Erdkrümmung, was für den beeindruckenden Farbverlauf beim Sonnenunter- und -aufgang verantwortlich ist.

Lichtspektrum Sonnenlicht
Das Lichtspektrum bei Sonnenaufgang um 6:20, um 9:30 und um 10:00 Uhr.

Tageslicht – also das Licht, das etwa zu Mittag herrscht, hat seine Intensitätsspitzen bei den grünen und blauen Wellenlängen. Wenn man das Ganze in Kelvin ausdrücken wollen würde – also in der Einheit, die die Farbtemperatur des Lichts bezeichnet – siedelt die grelle Sonne etwa bei 6000K an. Der strahlend blaue Himmel liegt bereits bei 12.000K aufwärts, während morgens und abends die Kelvinzahl bis etwa 4000K sinkt.

Halogenlampe Farbspektrum
Spektrum einer Halogenlampe.

LED-Spektrum vs. Lichtspektrum der Glühbirne

Unter den Glühbirnen existieren ebenfalls leichte Unterschiede bei den Farbtemperaturen.

Tendenziell handelt es sich beim Licht von Glühbirnen aber immer um eher wärmeres Lichtspektrum. Interessant ist auch, dass das Spektrum der Glühbirne kontinuierlich verläuft.

Es sind keine Spitzen erkennbar, wie bei den LEDs oder bei der Leuchtstofflampe, sondern ein steter Verlauf. Dieser nimmt aber in Richtung der langwelligen Strahlung (also Rot) zu.

 

LED-Spektrum vs. Lichtspektrum der Halogenlampe

Die Halogenlampe ist, was ihr Lichtspektrum betrifft, mit der Glühbirne vergleichbar.

Höchstens ist eine leichte Verlagerung in Richtung Kurzwellen beobachtbar.

Allerdings verfügt sie über mehr Anteile an sichtbarem Licht, während die Glühbirne mehr Licht im Bereich der Infrarotstrahlung emittiert.

 

Leuchtstofflampe neutralweiß
Das Spektrum der Leuchtstofflampe.

LED-Spektrum vs. Lichtspektrum der Leuchtstofflampe

Das Spektrum der Leuchtstofflampe ist ein diskontinuierliches. Ihr Licht weist also einige Spitzen auf, und zwar vor allem im blauen, gelben und grünen Bereich.

Vereinzelt gibt es mittlerweile auch wärmere Varianten der Leuchtstofflampe.

Die Auswahl an Farbtemperaturen reicht hier in etwa von 3000K bis 5500K, also um den neutralweißen Bereich herum.

LED-Spektrum vs. Lichtspektrum der Natriumdampflampen

Natriumdampflampen haben ebenfalls kein kontinuierliches Spektrum. Ihre Spitzen liegen aber im gelben und orangen Bereich - aus diesem Grund wirkt ihr Licht besonders warm.

Dadurch wurde und wird sie teilweise noch immer gerne als Pflanzenlampe genutzt, da Pflanzen mit dieser Lichtart recht viel anfangen können.

Allerdings geht bei der NDL viel Energie in Form von Wärme verloren.

Farbtemperaturen messen: Kelvinskala und Spektraldiagramm

Wie bereits erwähnt, wird die Farbtemperatur in Kelvin angegeben. Diese Angabe gibt eine grobe Information über das jeweils gemessene Lichtspektrum, allerdings nur bis zu einem gewissen Grad. Für eine genauere Analyse braucht es ein detailliertes Spektraldiagramm, das alle Spitzen und die genaue Verteilung der Intensität der Wellenlängen anzeigt.

Wenn wir bei Leuchtmitteln bleiben, bewegen sich die meisten Lampen im Bereich von 2700 bis 6500 Kelvin, was sich in folgende Kategorien teilen lässt:

Kelvin Farbtemperatur Vergleich
Unter 1000K Roter Bereich -
2700K Warmweiß Behagliche Lichtfarbe etwa für Wohnzimmerlampen
4000K Neutrales Weiß Neutrale Lichtfarbe etwa für Bürolampen
6500K Kaltweiß Tageslicht
Über 10.000K Blauer Bereich -

Die Kelvinangabe ergibt sich daher, dass man die Temperatur angibt, die ein Titanblock hat, wenn man ihn so sehr erhitzt, dass er die jeweilige Farbe annimmt. Wenn man ihn also auf etwa 2700K erhitzt, glüht er warmweiß. Je höher die Temperatur wird, desto bläulicher glüht der Titanblock.

Lichtspektrum und biologische Wirksamkeit

Was bedeutet das ganze Tamtam um das Lichtspektrum der LEDs sowie Glühbirne und Co. aber? Unser Spezialbereich betrifft natürlich die Wirkung von Licht auf Pflanzen und dabei spielt das Lichtspektrum eine riesige Rolle. So eignet sich bei der Pflanzenbeleuchtung beispielsweise eine bestimmte Lichtfarbe eher für die Keim- und Wachstumsphase, während andere Spektren eher für die Blütenphase einzusetzen sind.

Dank der farblichen Variationsmöglichkeiten der LEDs kann man sich für jede Wachstumsphase bestens ausstatten, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen sei, dass die Pflanze definitiv mehr zum Wachsen braucht als nur die roten und blauen Wellenlängenbereiche. Aus dem Fakt, dass die Pflanze weite Teile der grünen Wellenlängen reflektiert, ist der Irrglaube entstanden, dass dieser Farbanteil im Licht nicht für die Photosynthese benötigt wird. Jedoch brauchen Pflanzen definitiv ein ausgewogenes Lichtspektrum.

Das LED-Spektrum und seine Bedeutung für andere Bereiche

Neben der Pflanzenbeleuchtung spielt das Spektrum der LED-, Glüh- und sonstigen Lampen auch in anderen Bereichen eine Rolle. Wenn in einem Raum ein bestimmtes Ambiente geschaffen oder das Aquarium beleuchtet werden soll, kann und sollte durchaus beim Kauf zumindest auf die Farbtemperatur geachtet werden.

Schädliches Licht: circadianer Biorhythmus und Gesundheit

Der Mensch reagiert eigentlich ziemlich empfindlich auf Lichtverhältnisse. Der sogenannte circadiane Rhythmus steuert den menschlichen Organismus in Bezug auf das Licht, dem er ausgesetzt ist. So wirken Lichtverhältnisse bei Sonnenaufgang anregend und aufputschend, während jene bei Sonnenuntergang einschläfernd bzw. beruhigend wirken.

Farbspektrum Aquarium
Durch Leuchtstoffröhren und LEDs wirken die Farben im Aquarium noch satter.

In konkreten Zahlen ausgedrückt kann man diesbezüglich sagen, dass Farbtemperaturen des Lichts um die 3000K entspannend wirken, während 6500K eher anregend wirken.

Das ist für die Stimmung im Raum als auch für das allgemeine Wohlbefinden von Bedeutung, da sich durch zu aggressives Blaulicht etwa nervöse Unruhe und Schlafstörungen einstellen können.

LED Lichtspektrum im Aquarium?

In aller Kürze möchten wir noch auf die Beleuchtung von Aquarien eingehen, denn auch hier wird dem LED-Spektrum Aufmerksamkeit zuteil. Meist werden dort Leuchtstoffröhren eingesetzt, vereinzelt auch LEDs, wobei diese vor allem aufgrund ihres Abstrahlwinkels gerne eingesetzt werden.

Farbtechnisch bewegt man sich hier gerne im neutralweißen Bereich. Das hat vor allem den Grund, dass das Grün der Aquariumspflanzen durch die eher kühle Lichtfarbe satt zur Geltung kommen.

So kommt ein frischer, „saftiger“, kühler Eindruck zustande, während mit warmem Licht beleuchtete Aquarien eher modrig und verstaubt aussehen.

Fazit: Warum das LED-Spektrum wichtig ist

Abschließend lässt sich sagen, dass das Spektrum und die Lichtfarbe zu den wichtigsten Parametern des Lichts gehören – neben Intensität etc. Besonders in unserem Fachbereich, der Pflanzenbeleuchtung, hat das Spektrum, das sich wie erwähnt am besten ausgeglichen gestaltet, eine große Wichtigkeit. Ob das Licht nun eher gelblich oder eher bläulich aussieht, kann große Unterschiede im Wachstum hervorrufen. Plus: Das LED-Spektrum ist im Unterschied zu Glühbirne und Co. sehr variabel und LEDs zählen eindeutig zu den energiesparendsten Leuchtmitteln.

8 comments on “LED-Spektrum vs. Lichtspektrum anderer Leuchtmittel”

  1. Tolle Zusammenfassung, doch fehlt mir der wesentliche Aspekt der (häufig abends genutzten) digitalen Medien, deren hoher Blaulicht-Anteil zur "falschen" Zeit aufputscht und somit oft zu Schlafstörungen führt, da die abendliche Melatonin-Ausschüttung in ihrer beruhigenden Wirkung verhindert wird.
    Das ist doch wohl ein wesentlicher Aspekt, der bewusst gemacht werden sollte und natürlich auch für die Farbtemperatur-Wahl von Lichtquellen der Wohnzimmebeleuchtung wesentlich ist.

    1. Hallo Robert,

      absolut richtig. Hat nix zwingend mit LED-Pflanzenlampen zu tun, aber du hast recht. Blaues Licht hemmt Melatonin, deswegen ist die heutige Generation auch eher Eulenartig unterwegs 🙂 Smartphones und auch Rechner bieten einen Augenschonmodus, der den Blauanteil ab Uhrzeit X für das Device mindert. Evtl. ein guter Typ für den ein oder anderen, der mit Einschlafschwierigkeiten zu kämpfen hat.

  2. Welches Spektrum wird denn jetzt genau für die Jungpflanzenanzucht (Sämlinge) benötigt? Da wird ja immer 6500K angegeben, aber einige Ihrer Modelle, z.B. die sunbar, werden auch für die Jungpflanzenanzucht empfohlen, haben aber nur 3300K. Ist das nicht ungeeignet? Was ist da nun richtig? Sehr verwirrend...

    1. Moin Natalie, das hängt stark davon ab wie die Wuchsform beeinflusst werden soll. Je Kühler das Licht, desto gedrungener das Pflanzenwachstum. Je rötlicher, desto mehr Strecken sich die Pflanzen. Wenn du also sehr gedungene Pflanzen haben möchtest, ist 6500k das Kühlste was wir anbieten können.
      Grüße
      Patric

  3. Vielen Dank für den tollen Artikel. Eine Frage dazu: eine Freundin "erkennt" sofort an der veränderten Lichtfarbe, wenn ich eine noch vorhandene Glühbirne gegen ein LED Leuchtmittel austausche, auch, wenn diese Leuchtmittel als "warmweiß" ausgewiesen sind. Sie mag das LED Licht in keiner Form.
    Gibt es LED Leuchtmittel, die versuchen, das Leuchtspektrum einer Glühfadenlampe zu erzeugen? Oder ist das technisch gar nicht möglich?

    1. Moin,

      meinst du so etwas Klick?

      Das sieht zumindest Optisch so aus, ob man den Effekt allerdings so hinbekommt wie bei Glühbirnen vom abgestrahlten Spektrum halte ich mit LEDs für schwierig bzw. zu kostspielig.

      Grüße
      Patric

  4. Mich verwirrt etwas das Spektrum der LED- (Schreibtisch-) Lampe, es erinnert mehr an Kompaktleuchtstofflampe. Generell wäre -da sich hier gut mit der Güte von Kunstlicht auseinandergesetzt wird- ein kurzer Abriss zur Farbwiedergabequalität (Wiedergabeindex Ra/CRI)(quasi: wie wenig Zahnlücken hat ein Regenbogen im Farbverlauf). Für an gutem Licht Interessierte: auch im Wohnbereich achte ich seit Jahrzehnten auf eine hohe Farbgüte (Ra/CRI > 90), das gab es schon lange bei Leuchtstofflampen und ist nach den grundlegenden Fragen (Leistung und Farbtemparatur) entscheidende Punkt, ob Tomaten wirklich rot sind oder dunkelbraunes Holz in Richtung dunkel-fahl-grünlich abgleitet. Eine Auswahl und Kennzeichnung des Farbwiedergabeindexes ist für mich DAS Kriterium, der Preis ist absolut nachrangig.

    1. Moin Lampenheini,

      der CRI Wert ist für uns Menschen deutlich wichtiger als für Pflanzen - deswegen haben wir keinen Artikel diesbezüglich da wir uns auf Pflanzenbeleuchtung spezialisiert haben. Ein guter CRI Wert schadet aber auch nicht, kostet aber in der Regel auch mehr.

      Grüße
      Patric

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