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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.
16 Milionen Farben möglich ?!
Erweiterte Farbraum mit Amber LED
Quelle: Despar
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.
Erweiterung mit Amber und weisser LED
Rote LED, Grüne LED, Blaue LED, Amber
LED, Weiße LED
LED einzeln:
Gemischt aus Rot Grün und Blauer LED,
Gemischt aus Rot Grün, Blauer und Amber LED
Gemischt aus Rot Grün, Blauer, Amber und weißer LED
Farbschatten
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.
Pulte und Fixturs mit mehr als
RGB Farben
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.
R+G+B 100%
= Weiss?
Dimmen von Gemischten Farben und gemischten Weiss
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
Beispiel LED-Strahler mit sieben verschiedenen Farben
Farbige LEDs und Phosphor
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)
Spektrale Verteilung RGB zu ROAGCB
Quelle: ETC
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