LED-Wellenlängenleitfaden: Farbtabelle, Formel & Kategorisierung

Ähnlich dem Abstand zwischen Wellenkämmen beschreibt die Wellenlänge eine sich wiederholende Strecke. Licht ist eine elektromagnetische Welle, und ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter. Wellenlängenangaben in LED-Spezifikationen beziehen sich üblicherweise auf Licht in Luft oder im Vakuum.

Eine farbige LED besitzt ein spektrales Maximum und eine endliche Bandbreite, anstatt nur eine exakte Wellenlänge zu emittieren. Ihre wahrgenommene Farbe hängt vom gesamten Spektrum und der Reaktion des Auges ab, daher beschreibt die Angabe der Wellenlänge allein das Erscheinungsbild nicht vollständig.

Unterschiedliche Spektralbereiche eignen sich für unterschiedliche Aufgaben: Sichtbares Licht erzeugt Displayfarben, während ultraviolettes und infrarotes Licht spezielle Prozesse und Sensoren unterstützen. Weder ein unsichtbarer Strahl noch eine bestimmte Farbe sind automatisch sicher oder effektiv für eine gegebene Anwendung.

Die entscheidende Beziehung ist die Photonenenergie:

• Kürzere Wellenlängen, wie beispielsweise Violett und Blau, tragen mehr Energie pro Photon.
• Längere Wellenlängen, wie zum Beispiel Rot, tragen weniger Energie pro Photon.

Dies bedeutet nicht, dass eine blaue LED zwangsläufig mehr Strom verbraucht oder eine höhere optische Gesamtleistung erzeugt.

Eine „rote LED mit 625 nm“ benötigt noch eine Toleranzangabe und die Information, ob 625 nm die Spitzen- oder die dominante Wellenlänge ist. Die Abbildung unten zeigt ungefähre Farbbereiche; ihre Grenzen dienen der Beschreibung und stellen keine Beschaffungsspezifikation dar.

Farbbezeichnungen haben ungefähre Grenzen und überschneiden sich teilweise. Die unten aufgeführten breiten Farbbereiche beschreiben Farben; die engeren Beispiele beschreiben LED-Produkte. Verwenden Sie beim Vergleich von Anbietern nicht die eine Bezeichnung anstelle der anderen.

1. Sichtbares Licht: RGB-Displays enthalten Violett, Blau, Grün, Gelb, Orange und Rot. Sie mischen rotes, grünes und blaues Licht, um viele Farben zu erzeugen.
2. Unsichtbare Strahlung: Ultraviolett liegt jenseits des kurzwelligen Endes des sichtbaren Lichts; Infrarot liegt jenseits des langwelligen Endes.

RGB steht für Rot, Grün und Blau – die additiven Primärfarben, die von Vollfarb-LED-Bildschirmen verwendet werden. Jeder Kanal trägt sein eigenes Farbspektrum bei. Durch die Veränderung ihrer relativen Ausgangswerte entstehen Mischfarben, einschließlich Weiß; es wird dadurch kein neuer Strahler mit nur einer Wellenlänge erzeugt.

Rote LEDs werden häufig in Anzeigen, Schildern und Displays eingesetzt. Beispielsweise listet die Farbtabelle „LUXEON Rebel Color“ von Lumileds rote Produkte im Bereich von 620–645 nm und tiefrote Produkte im Bereich von 650–670 nm auf. Dies sind Produktbereiche, keine allgemeingültigen Definitionen und kein Beweis dafür, dass Rot immer die effizienteste Wahl ist.

Tiefrotes Licht um 660 nm wird ebenfalls in der Pflanzenbeleuchtung eingesetzt. Es fördert die Photosynthese, doch die alleinige Wahl dieser Wellenlänge garantiert weder Blütenbildung noch höhere Erträge. Das gesamte Lichtspektrum, die Photonenzufuhr, die Pflanzenart und der Beleuchtungsplan müssen berücksichtigt werden.

Blaue LEDs unterstützen RGB-Displays und viele phosphorbasierte weiße LEDs. Lumileds bietet beispielsweise blaue Produkte im Bereich von 460–485 nm und Königsblau im Bereich von 440–460 nm an. In einer weißen LED wandelt ein Leuchtstoff einen Teil des Anregungslichts in längerwelliges Licht um; das resultierende Spektrum erscheint weiß.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten: Violette oder blaue Lichtquellen können geeignete Photoinitiatoren in Härtungssystemen aktivieren. Eine Lichtquelle mit einer nominellen Wellenlänge von 415 nm wird üblicherweise als violett bezeichnet, dies entspricht jedoch keiner universellen Härtungsspezifikation. Die Absorption, Bestrahlungsstärke, Belichtungszeit und Geometrie des Materials müssen mit dem validierten Prozess des Geräteherstellers übereinstimmen.

Grüne LEDs arbeiten üblicherweise im Bereich von 520–540 nm; 455 nm entspricht Blau. Die für das Sehen bei Tageslicht übliche photopische Empfindlichkeit erreicht ihr Maximum bei etwa 555 nm im gelbgrünen Bereich. Siehe die CIE-Daten zur spektralen photopischen Effizienz.

Die wahrgenommene Helligkeit: Gleiche Strahlungsleistung bei unterschiedlichen Wellenlängen führt nicht zu gleicher Lichtausbeute. Licht nahe dem photopischen Empfindlichkeitsmaximum wird stärker gewichtet. Gleiche elektrische Leistung ist ein anderer Vergleichspunkt, da auch der Wirkungsgrad von LEDs variiert.

Farbraum des Displays: Grün ist eine der drei RGB-Primärfarben. Die Farbwerte aller drei Kanäle, der gewählte Weißpunkt und die Kalibrierung bestimmen den nutzbaren Farbraum; die grüne Wellenlänge allein kann keine realistischen Bilder gewährleisten.

Vergleichen Sie Helligkeit und Leistung bei der vorgesehenen Betriebstemperatur, nicht anhand der Farbbezeichnung. Die untenstehende RGB-Grafik dient der Veranschaulichung: Die Kurven für Blau, Grün und Rot erreichen ihre Maxima bei etwa 450, 520 bzw. 630 nm. Die vertikale Achse ist in willkürlichen Einheiten (au) angegeben; gleiche Peakhöhen bedeuten nicht automatisch gleiche Wattzahl, Lumenzahl oder elektrische Effizienz.

Gelb und Orange können Spektralfarben oder Farbmischungen sein. Violett ist eine Farbmischung und keine einzelne Spektralwellenlänge, während Weiß eine Kombination von Wellenlängen erfordert. Diese Unterscheidungen verhindern irreführende Spezifikationen.

1. Gelbe LED: Gelb entspricht in der Abbildung etwa 570–590 nm. Direkt emittierende und phosphorkonvertierte Produkte können unterschiedliche Spektren aufweisen. Ein blauer Chip mit gelbem Phosphor erzeugt üblicherweise weißes Licht, wenn im Ausgangssignal noch blaues Licht vorhanden ist; diese Konstruktion allein definiert jedoch keine gelbe LED. Überprüfen Sie die gemessenen Farbkoordinaten.
2. Orangefarbene LED: Orange entspricht in der Abbildung etwa 590–610 nm, wobei die benachbarten bernsteinfarbenen und rot-orangen Produktetiketten je nach Hersteller variieren. Indikatoren und Beschilderungen sollten anhand der gemessenen Farbe und der geltenden Anforderungen und nicht nur anhand der Farbbezeichnung spezifiziert werden.
3. Lila LED: Gemischtes rotes und blaues Licht kann violett erscheinen. Violett hat keine eindeutige Wellenlänge. Violett ist eine Spektralfarbe im kurzwelligen Bereich des sichtbaren Lichts; 365 nm entspricht Ultraviolett, nicht violettem sichtbarem Licht. Ein violett erscheinendes Produkt sollte anhand seiner Spektralfarben oder Farbart beschrieben werden.
4. Weiße LED: Durch Phosphorkonversion oder additive Farbmischung wird weißes Licht erzeugt. Geben Sie die korrelierte Farbtemperatur (CCT), die Farbart (Duv) und die relevanten Farbwiedergabekennwerte für die Beleuchtung an. Zwei Produkte mit gleicher CCT können sich dennoch in Farbton, Spektrum und der Darstellung beleuchteter Objekte unterscheiden.

Ultraviolette und infrarote LEDs erweitern den Farbraum über das sichtbare Display hinaus. Geben Sie das benötigte Spektralband und die optische Leistung sowie die Kompatibilität mit Detektoren, die Expositionsgrenzwerte und die erforderlichen Anwendungstests an.

• UV: Der ultraviolette Bereich umfasst etwa 100–400 nm, was jedoch nicht bedeutet, dass LED-Produkte jeden Wellenlängenbereich abdecken. UVC-Quellen werden in Desinfektionssystemen eingesetzt; die Wellenlänge allein gibt keinen Aufschluss über die Desinfektionsdosis oder das Desinfektionsergebnis. Die FDA warnt in ihren Richtlinien davor, dass UVC-Strahlung Augen und Haut schädigen kann..
• IR: Nahinfrarot-LEDs werden in Fernbedienungen, Sensoren und Kamerabeleuchtung eingesetzt. Das Spektrum des Senders muss auf die Empfindlichkeit des Empfängers abgestimmt sein. Unsichtbare Strahlung darf nicht als harmlos betrachtet werden, nur weil sie für das Auge nicht sichtbar ist.

Zwei Datenblätter können ähnliche Nanometerwerte angeben, obwohl sie unterschiedliche Messungen beschreiben. Prüfen Sie die Wellenlängendefinition, bevor Sie Bereiche auswählen oder ein Ersatzbauteil genehmigen.

Peak- und dominante Wellenlänge beschreiben unterschiedliche Eigenschaften einer farbigen LED:

• Peak-Wellenlänge (λp): die Wellenlänge bei dem Maximum ihrer spektralen Leistungsverteilung.
• Dominante Wellenlänge (λd): Eine kolorimetrische Beschreibung, die sich aus der Farbart und einem Referenzweißpunkt ableitet, anstatt aus der Lage des spektralen Maximums.

Luminus erklärt den Unterschied und warum man bei weißen LEDs CCT und Duv anstelle der dominanten Wellenlänge verwenden sollte.

Für einen Farbvergleich auf dem Bildschirm fordern Sie die Farbart und die Bin-Definition des Herstellers an. Bei Detektoren, Filtern oder photochemischen Prozessen sollten Sie das vollständige Spektrum und die Bandbreite untersuchen. Gehen Sie niemals davon aus, dass Peak- und dominante Wellenlängenwerte austauschbar sind.

Die Zusammensetzung des Halbleiters beeinflusst sowohl die Emission als auch das elektrische Verhalten, die Durchlassspannung ist jedoch kein Maß für die Wellenlänge. Rote Emitter weisen oft eine niedrigere Durchlassspannung auf als blaue oder grüne Emitter; die tatsächlichen Werte hängen vom Bauteil, dem Strom und der Temperatur ab. Dimensionieren Sie den Treiber anhand des im Datenblatt angegebenen Durchlassspannungsbereichs und der Stromgrenzen, nicht anhand einer farbbasierten Regel.

In biologischen Anwendungen ist die Wellenlänge nur ein Teil der vollständigen Belichtungsspezifikation. Die abgegebene Intensität, die Dauer, der Abstand und die Nachweise für das jeweilige Gerät oder das Wachstumssystem sind ebenso wichtig.

• Hautbehandlungen mit blauem Licht: Einige Geräte behandeln entzündliche Akne, aber die Ergebnisse variieren, und Licht wirkt nicht bei jeder Akneform. Leitlinien der Amerikanischen Akademie für Dermatologie zu Akne beschreibt diese Einschränkungen.
• Rotlichtbehandlungen: Die Forschung umfasst Geräte mit rotem und nahinfrarotem Licht zur Behandlung von Hautproblemen, aber die Ergebnisse eines einzelnen Geräts oder Protokolls belegen nicht die Vorteile jeder LED mit ähnlicher Wellenlänge. AADs Rotlicht-Leitfaden verbleibende Beweislücken werden vermerkt.

Wählen Sie ein Gerät mit den passenden Indikationen und befolgen Sie die Gebrauchsanweisung sowie die Empfehlungen von Fachleuten. Die LED-Anzeige ersetzt keine ärztliche Verordnung.

In der Gartenbaukultur werden häufig blaue und rote Lichtsysteme kombiniert, manchmal auch mit breitbandigem Weiß oder anderen Farbbändern.

• Blau um 450 nm: trägt zur Photosynthese und Pflanzenentwicklung bei.
• Rot um 660 nm: trägt zur Photosynthese bei, wobei die Reaktionen vom gesamten Lichtrezept abhängen.

Grünes Licht trägt auch zum Pflanzenwachstum bei; es ist nicht einfach verschwendet, nur weil die Blätter grün aussehen.

Beurteilen Sie die photosynthetische Photonenflussdichte (PPFD), die tägliche Lichtmenge (DLI), die Gleichmäßigkeit und den Energieverbrauch des Pflanzenbestands. Die Sämlingsversuche der Michigan State University verdeutlichen, warum Spektrum und Pflanzenreaktion gemeinsam bewertet werden müssen. Validieren Sie die Vorgehensweise anhand der tatsächlichen Pflanzen und Wachstumsbedingungen, bevor Sie Ertrag oder Rentabilität prognostizieren.

Eine LED erzeugt Licht durch Elektrolumineszenz : Durch elektrische Injektion können Elektronen und Löcher in der aktiven Zone eines Halbleiters rekombinieren und dabei einen Teil ihrer Energie in Form von Photonen freisetzen.

Der grundlegende Knotenpunkt enthält:

1. Material vom Typ N: wobei Elektronen die Mehrheitsladungsträger sind.
2. Material vom Typ P: wobei Löcher die Mehrheit der Ladungsträger sind.

Bei Vorwärtsspannung werden Ladungsträger in Richtung der aktiven Zone injiziert. Moderne LED-Strukturen sind so konstruiert, dass sie die strahlende Rekombination fördern. Nicht die gesamte zugeführte elektrische Energie wird in Licht umgewandelt; nichtstrahlende Prozesse und elektrische Verluste erzeugen ebenfalls Wärme.

• Die Bandstruktur des Halbleiters beeinflusst die emittierbaren Photonenenergien.
• Photonen mit höherer Energie entsprechen kürzeren Wellenlängen; Photonen mit niedrigerer Energie entsprechen längeren Wellenlängen.

Die Beziehung zwischen Photonenenergie und Energie lautet E = hc/λ . Verwendet man Elektronenvolt für die Energie und Nanometer für die Wellenlänge, ergibt sich:

λ (nm) ≈ 1239.84 / E (eV)

Hierbei ist λ die Wellenlänge, E die Photonenenergie , h das Plancksche Wirkungsquantum und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Die Umrechnung erfolgt nach den NIST-Fundamentalkonstanten ; 1240 ist ein gerundeter Zähler.

Beispiel: Ein Photon mit einer Energie von 2.00 eV hat eine Wellenlänge von ungefähr 620 nm. Diese Berechnung rechnet die Photonenenergie in die Wellenlänge um; sie sagt nicht die genaue Produktionsklasse einer LED voraus.

Die Bandlücke eines Halbleiters kann als Näherungswert für die Emissionsenergie dienen, jedoch beeinflussen die Gerätestruktur und die Betriebsbedingungen das gemessene Spektrum. Die Durchlassspannung der LED darf nicht direkt in die Formel für die Photonenenergie eingesetzt werden.

Hersteller verwenden unterschiedliche Halbleiterlegierungen und Designs der aktiven Zone, um verschiedene Farben zu erzielen. Durch die Änderung der Zusammensetzung verändern sich die verfügbaren elektronischen Übergänge.

• Indiumgalliumnitrid (InGaN): weit verbreitet für blaue und grüne Emitter.
• Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP): Weit verbreitet für rote, orange und bernsteinfarbene Emitter.

Die Materialbezeichnungen erläutern den zugrundeliegenden Ansatz, die Auswahl erfolgt jedoch weiterhin anhand des Komponentendatenblatts und des gemessenen Spektrums. Leuchtstoffe können das endgültige Ausgabespektrum zusätzlich beeinflussen.

Ein Diagramm der spektralen Leistungsverteilung (SPD-Diagramm) zeigt, wie die optische Leistung über die Wellenlänge verteilt ist. Es verdeutlicht Bandbreite, mehrere Emissionsbänder und Unterschiede, die durch eine einzelne nominelle Wellenlänge oder Farbkennzeichnung verdeckt werden.

• Horizontale Achse: Wellenlänge, üblicherweise in nm.
• Vertikale Achse: Spektrale Leistung, mit Einheiten wie W/nm oder einer relativen/normierten Skala. Lesen Sie das Etikett.
• Spitze und Breite: Geben Sie das Maximum und, falls angegeben, die volle Halbwertsbreite (FWHM) an.
• Weißes Licht: Viele phosphorkonvertierte LEDs weisen einen blauen Peak sowie eine breitere Emission mit längeren Wellenlängen auf.

• Präzision: Vergleichen Sie die unter den angegebenen Strom- und Temperaturbedingungen gemessenen Spektren.
• Klasseneinteilung: Verwenden Sie die Wellenlängen-, Farbart- und Ausgabebin-Tabellen des Lieferanten; ein SPD-Bild allein definiert keine Akzeptanzgrenzen.
• Farbabstimmung: Unterschiedliche Spektren können ähnliche Farbkoordinaten erzeugen, sich aber gegenüber Kameras, Filtern oder beleuchteten Materialien unterschiedlich verhalten. Testen Sie die gesamte Anwendung.

1. Definieren Sie das Ziel: Anzeigefarbe, Beleuchtung, Sensorik, Pflanzenbeleuchtung oder eine validierte Behandlung/ein validiertes Verfahren.
2. Erscheinungsbild korrekt angeben: Verwenden Sie Farbart und Toleranzen für die Farbanpassung; fügen Sie CCT- und Farbtonkriterien für weißes Licht hinzu.
3. Fordern Sie das vollständige Datenblatt an: Bestätigung von Peak im Vergleich zur dominanten Wellenlänge, SPD, Bandbreite, Ausgangsleistung, Stromstärke und Testtemperatur.
4. Eine Müllstrategie vereinbaren: Wählen Sie Toleranzen, die den Projektanforderungen und dem Ersatzteillagerplan entsprechen. Der engste verfügbare Behälter ist nicht automatisch erforderlich.
5. Betriebsstabilität prüfen: Test bei der erwarteten Temperatur und Ansteuerungsstufe, einschließlich Dimmung und thermischer Stabilisierung.
6. Lieferantenabnahmeprüfungen festlegen: Muster freigeben, Komponenten-/Behälterreferenzen erfassen und die Gleichmäßigkeit und Kalibrierung der montierten Anzeige überprüfen.

Die Wellenlänge einer LED ist ein nützlicher Ausgangspunkt für die Spezifizierung von Farbe und spektraler Leistung. Für eine zuverlässige Auswahl sind außerdem die korrekte Messdefinition, Toleranzen, Betriebsbedingungen und Anwendungstests erforderlich. Vergleichen Sie vollständige Spezifikationen anstatt Versprechungen, die an einen einzelnen Nanometerwert geknüpft sind.

Bei einem Display sollten Sie sowohl den kalibrierten Bildschirm als auch seine einzelnen LED-Komponenten beurteilen.

Besprechen Sie Ihre Bildschirmgröße, Betrachtungsbedingungen, Farbvorgaben und Wartungsanforderungen mit EagerLEDErfragen Sie, welche Komponentendaten und Beispieltests für das vorgeschlagene System verfügbar sind.

Kontaktieren Sie den EagerLED Team über Ihr LED-Display-Projekt und vor Produktionsbeginn messbare Akzeptanzkriterien vereinbaren.