Die LED-Technologie gilt als die Beleuchtungstechnologie der Zukunft. Auch österreichische Forscher entwickeln sie ständig weiter. Dabei untersuchen sie auch, wie das Licht aus den Leuchtdioden auf den Menschen wirkt.
05.12.2014 | 18:33 | von Alice Grancy (Die Presse)
Der Dezember ist der dunkelste Monat des Jahres. Bis zur Wintersonnenwende nehmen die Tage weiter ab, dann wird es langsam wieder heller. Gerade in der finsteren Jahreszeit gewinnt künstliche Beleuchtung noch einmal an Bedeutung: zu Hause, in den Geschäften und Büros und auf der Straße. Und auch die ersten vorweihnachtlichen LED-Lichterketten zieren bereits manche Vorgartentanne.
Lichtemittierende Dioden, kurz LED, funktionieren anders als konventionelle Lampen. Nicht ein Glühdraht oder Gas erzeugt das Licht. Sie brennen, wenn Strom durch Elektronikchips aus einer Halbleiterverbindung, etwa Galliumnitrid, fließt. Welches Material man für den Halbleiter verwendet, beeinflusst die elektronische Struktur der LED-Leuchten.
Auch wenn sie im Handel bereits erhältlich sind, gibt es für Forscher noch viel zu verbessern: Zentral ist etwa die Energieeffizienz, denn Beleuchtungen sind für 19Prozent des weltweiten Verbrauchs an elektrischer Energie verantwortlich. „Ziele für die Forschung liegen in der Verbindung von Effizienz und Weißlichtqualität“, sagt Paul Hartmann, der das Institut Materials bei Joanneum Research (JR) leitet.
Die Mischung zählt
Denn eigentlich erzeugen LED-Lampen blaues Licht. „Das weiße Licht entsteht erst durch die Mischung mit gelbem und rotem Licht“, so Hartmann. Umgewandelt wird es etwa durch das Prinzip der Lumineszenzkonversion: Über einen blauen LED-Chip wird eine dünne Phosphor-Leuchtschicht aufgebracht. Der gelbe Phosphor verwandelt einen Teil des blauen Lichts in weißes Licht. So lassen sich verschiedene Weißtöne erzeugen: von warmem bis zu kaltem Weiß. Dadurch kann man bei bestimmten LEDs die Lichtfarbe ändern wie beim Dimmen.
Für Spezialprodukte sind aber durchaus auch Effektfarben wie Rot und Blau gefragt: etwa bei der Beleuchtung von Auslagen oder bei Veranstaltungen. „Dabei geht es um Effekte, nicht um ein möglichst gutes Weiß“, sagt Hartmann. Die richtige Mischung aus blauen, gelben und roten Farblichtanteilen ist eine Herausforderung. Blaues Licht strahlt eher nach vorn, gelbes in alle Richtungen. Billige LED-Fahrradlampen erkenne man etwa daran, dass sie hässliches Licht bilden, sagt Hartmann: Sie sind in der Mitte blau und haben einen gelben Rand.
Um die Qualität des Weißlichts für verschiedene Anforderungen im Raum und im Freien weiter zu verbessern, simulieren die Wissenschaftler die Optik von LED-Leuchten. Dabei wollen sie – in enger Kooperation mit der Industrie – außerdem die Effizienz erhöhen: Das Licht soll besser in den Raum übertragen werden.
Rotes Licht macht müde
Aber nicht nur die Technik steht im Mittelpunkt der Forschung. Gemeinsam mit Architekten der TU Graz, dem JR-Institut Policies, dem Human Research Institut und der Firma Lumitech starteten die Wissenschaftler heuer das Projekt Light Life. Darin wollen sie untersuchen, wie LED-Licht auf den Menschen wirkt. Das ist noch wenig erforscht. „Der Mensch ist an ein warmes, sonnenähnliches Farblichtspektrum gewöhnt, auch Glühlampen erzeugen eher oranges, rötliches Licht. LEDs bieten verschiedene spektrale Varianten mit häufig starkem Blauanteil“, sagt der Physiker. „Wir wissen bereits, dass ein starker Blauanteil aktivierend wirkt, aber rötliches Licht als angenehmer empfunden wird.“
Für die Praxis heißt das: „Man könnte etwa Schulen oder Büros in der Früh mit eher warmem und tagsüber stärker mit blauem Licht beleuchten.“ Das entspreche auch dem zirkadianen Rhythmus des Menschen: „Die Sonne scheint in der Früh rötlich, mittags gelb-grün und abends wieder rötlich“, so Hartmann. Letzteres fördert dann wieder die Müdigkeit. Mit dem gut steuerbaren LED-Licht ließe sich die Lichtfarbe den Bedürfnissen jedenfalls leicht anpassen.
Mann und Frau vergleichen
Light Life läuft noch zwei Jahre. Die Forscher wollen im Rahmen des vom Technologieministerium unterstützten Projekts noch untersuchen, ob es einen Unterschied zwischen Männern und Frauen oder zwischen jungen und alten Menschen gibt. Und daneben geht die Forschung an den Materialien der Bauteile weiter.
Den Vergleich mit konventionellen Alternativen wie Glühbirnen oder Energiesparlampen gewinnt die LED-Technologie bereits. Experten sagen ihr eine große Zukunft voraus. LED-Beleuchtung ist siebenmal effizienter als die mittlerweile aus dem Handel verbannten Glühbirnen. Diese geben als Temperaturstrahler etwa 95 Prozent der Energie als Wärme und nur fünf Prozent als Licht ab. LEDs sind umweltfreundlicher, weil sie – im Gegensatz zu Energiesparlampen – kein giftiges Quecksilber enthalten. Beim Einschalten wird es gleich hell, Energiesparlampen müssen sich erst aufwärmen. Im Vergleich zu Glühfäden sind LED-Leuchten außerdem unempfindlicher gegen Stoßen und Fallen.