LED - Die Lampe der Zukunft?

Wissenschaftler der PTB entwickeln neue Apparaturen zum Qualitätstest von LED-Lampen

 

	Wie gut sind LED-Lampen wirklich? Diese in der PTB entwickelte Apparatur zum Dauertest der LEDs hilft, die Frage zu beantworten. (Links: Revolvertisch mit vier Farbmessköpfen. Rechts: Karusselltisch, der bis zu 40 LEDs aufnehmen kann.) Bild als *.tif-Datei herunterladen (>16MB)

[ptb] So mancher wird die gute alte Glühbirne vermissen, wenn sie nach dem Willen der EU ab 2012 nicht mehr in den Ladenregalen steht. Die kleinen Stromfresser setzen nur 10 % der Energie in Licht und 90 % in Wärme um. Energiesparlampen hingegen schaffen eine vier- bis fünfmal so hohe Lichtausbeute. Sie sind jedoch nur bedingt umweltfreundlich: Das Quecksilber in ihrem Inneren macht sie nach dem Verglühen zu Sondermüll, der aufwendig entsorgt werden muss und die Umwelt belastet. Doch eine mögliche Alternative liegt bereits vor: Lampen auf LED-Basis. Sie sind nicht nur energiesparend und haben von den Herstellern prognostizierte extrem lange Lebensdauern von voraussichtlich 20 bis 25 Jahren (wobei die Haltbarkeit der elektronischen Bauteile der Lampe nicht berücksichtigt wird). Sie enthalten außerdem keine flüchtigen giftigen Bestandteile und bieten eine Beleuchtung in praktisch jeder gewünschten Farbe. Nur ihr Preis ist mit ca. 60 Euro pro Lampe noch sehr hoch. Neben einer stimmungsvollen Innenarchitektur ist eine Anwendung besonders im medizinischen Gebiet, wie zum Beispiel im OP-Bereich von Kliniken, interessant. Doch wie gut sind diese LED-Lampen wirklich? Um das zu untersuchen, haben Armin Sperling, Matthias Lindemann und Marco López von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) neue Apparaturen entwickelt. Mit ihnen kann überprüft werden, ob die Eigenschaften der Lampen bei einem Betrieb über einen längeren Zeitraum stabil bleiben oder ob und wie Alterungserscheinungen auftreten. Die Tagung "LED-Beleuchtungstechnologien: Aktuelle Möglichkeiten und Grenzen" informiert tiefergehend über Anwendungen und Potentiale der LEDs. Sie findet am 1. Juni im Haus der Wissenschaft und in der PTB in Braunschweig statt.

Die LED-Leuchten, die schon in einigen Kliniken verwendet werden, bieten mehrere Vorteile gegenüber den weit verbreiteten Xenon- und Halogenleuchten. Durch die höhere Lebensdauer sind sie wartungsärmer. Auf Lüftungsanlagen, die im OP zu Staubverwirbelungen führen, kann verzichtet werden, weil sich die LED-Lampen durch ihren hohen Wirkungsgrad weniger erwärmen. Vor allem kann die Lichtfarbe beliebig eingestellt werden, ohne dass sich die Helligkeit der Lampen verändert. "Wir wollen den Ärzten ein Hilfsmittel geben, damit sie das, was sie sehen müssen, optimal sehen können", erläutert Armin Sperling. Die Unterscheidung von arteriellem und venösem Gewebe zum Beispiel wird durch Licht der richtigen Farbe enorm erleichtert. Umso wichtiger ist, dass Farbton und Lichtstärke über den gesamten Betriebszeitraum der LED-Lampe stabil bleiben. Die sogenannten Alterungserscheinungen dürfen für den medizinischen Einsatz nur gering ausfallen.

Deshalb entwickelten die PTB-Wissenschaftler im Rahmen eines Technologietransfer-Projektes mit der Firma Zett Optics, Braunschweig, ein vollständig automatisiertes Alterungsmesssystem. Es kann im Dauertest über zwei bis drei Jahre Lichtstärke und Farbton der Lampen überprüfen. Dazu werden sie auf einen Karusselltisch montiert, der gleichzeitig bis zu 40 LEDs aufnehmen kann, und regelmäßig mit Messköpfen unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit gemessen. Die speziellen Halterungen der LEDs ermöglichen dabei einen einfachen Austausch. Weitere Apparaturen der PTB ermöglichen es, die räumliche Abstrahlungscharakteristik und alterungsbedingte Veränderungen hierin sehr genau zu erfassen.

Erste Ergebnisse nach bis zu 13 Monaten Dauertest stimmen optimistisch: Die Lichtstärke ist bei vielen LED-Lampen nach einer individuellen Einbrennzeit sehr stabil. Innerhalb einer Liefercharge sind allerdings große Unterschiede möglich. Auch der Farbort ist oftmals äußerst stabil. Geringfügige Veränderungen sind lediglich bei weißen Hochleistungs-LEDs zu erkennen.

In Zukunft sollen in der PTB weitere Tests zur Qualitätssicherung von LEDs durchgeführt werden. Mit den dabei gewonnenen Daten sollen außerdem theoretische Alterungsmodelle überprüft werden, auf deren Grundlage die Industrie bisher die Alterungserscheinungen ihrer LED-Lampen berechnet. Ziel ist es, die Qualität und Rückführbarkeit der neuen Lampen zu verbessern und damit deren Akzeptanz im medizinischen Bereich und darüber hinaus zu erhöhen. Wenn dann durch eine optimierte Produktion in größerem Maßstab der Preis pro Lampe deutlich sinkt, wird auch eine Anwendung im privaten Bereich zunehmend wahrscheinlicher.

Ansprechpartner
Dr. Armin Sperling, PTB-Arbeitsgruppe 4.12 Photometrie,
Tel.: (0531) 592-4120,
E-Mail: armin.sperling@ptb.de
 
Matthias Lindemann, PTB-Arbeitsgruppe 4.15 Goniophotometrie,
Tel.: (0531) 592-4125,
E-Mail: matthias.lindemann@ptb.de
 
Marco López, PTB-Arbeitsgruppe 4.12 Photometrie,
Tel.: (0531) 592-4195,
E-Mail: marco.lopez@ptb.de