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Farbkonsistenz bei LEDs: MacAdam-Ellipsen

Die MacAdam-Ellipse stellt verschiedene Stufen dar, in denen LEDs einer bestimmten Produktionsserie in ihrer Farbtemperatur oder Helligkeit voneinander abweichen. Seit dem 1. September 2013 sind Hersteller innerhalb der EU verpflichtet, Auskunft über diese Abweichungen zu geben. Das bedeutet konkret: Die Abweichung einzelner LED-Gruppen in ihren Farbtemperaturen und ihrer Helligkeit muss auf Datenblättern angegeben werden. Was es genau mit den MacAdams-Ellipsen auf sich hat und worauf Sie beim Kauf Ihrer neuen LEDs achten sollten, erfahren Sie in diesem Blogartikel.


Bunte Farbeffekte, kreisförmigiStock.com/whitedesk

Das Wichtigste auf einen Blick:


  • Anhand von MacAdam-Ellipsen kann man ablesen, wie weit LEDs in ihrer Farbtemperatur von den Standardwerten abweichen
  • Die Abweichungen werden in Stufen mit der Einheit SDCM angegeben
  • Die Farbabweichung einer LED-Serie darf max. 6 SDCM betragen
  • Beim LED-Binning werden LEDs anhand ihrer Abweichungen selektiert und in sog. Bins zusammengefasst

 

Farb- und Helligkeits-Abweichungen bei LEDs

 

Sie haben es sicher schon einmal festgestellt: Zwei neu gekaufte LEDs einer Marke oder Produktserie lassen Sie nebeneinander leuchten. Obwohl sie laut Datenblatt identisch sind, leuchten sie unterschiedlich hell oder der Farbton erscheint anders. Dieses Phänomen dürfte Ihnen von Glühlampen oder Halogenen nicht bekannt sein.

Tatsächlich gibt es diese Abweichungen nur bei LEDs. Als sie sich gerade erst auf dem Markt etablierten, waren teils sehr starke Serienstreuungen zu bemerken. Dank der Weiterentwicklung der Technologie konnten diese wesentlich verbessert werden, was insbesondere für Markenprodukte gilt. Es kann aber dennoch zu kleinen Schwankungen bei der Farbtemperatur (gemessen in Kelvin) oder dem Lichtstrom (gemessen in Lumen) kommen. Diese entstehen während der industriellen Produktion der LED-Chips, z.B. durch Toleranzen bei den Bauteilen, und sorgen für einen veränderten Lichteindruck der LEDs.



Die MacAdam-Ellipse

 

LDie Entwicklung der Ellipse geht auf den Wissenschaftler David MacAdam zurück. Er nahm Experimente zur Wahrnehmung von Farbunterschieden vor und übertrug die Ergebnisse auf eine seit 1931 gängige CIE-Normfarbtafel. Mithilfe seiner Messungen zeigte sich, dass sich Abweichungen von einem Bezugsfarbton in Form von Ellipsen darstellen ließen, die sich um den Ausgangswert anordnen - nicht, wie ursprünglich vermutet, in Form von gleichmäßigen Kreisen! Die Ellipsen zeigten also, dass von einer stufenweisen Abweichung der Farbtemperatur auszugehen war. Die Mitte der Ellipse beschreibt nämlich immer den idealen Sollwert der Farbtemperatur einer LED, die Randbereiche zeigen die zulässige Abweichung für das jeweilige Binning an. Als Einheit für diese Abweich-Stufen (steps) wurde die Abkürzung SDCM festgelegt, was für Standard Deviation of Colour Matching steht.

Grafik MacAdam-Ellipse
anonym, CIExy1931 MacAdam, CC BY-SA 3.0



Die Stufen beschreiben unterschiedliche Sichtbarkeitsgrade: Handelt es sich um Farbunterschiede innerhalb nur einer Stufe der MacAdam-Ellipse, sind sie für das menschliche Auge nicht erkennbar. Selbst bei zwei oder drei Stufen (3 SDCM) sind Variationen kaum wahrnehmbar. Die folgende Tabelle veranschaulicht diese Unterscheidungen nochmal:



McAdam Ellipsen (SDCM) Sichtbarkeit
1 SDCM Fast unmöglich, einen Unterschied zu sehen
2 SDCM Unterschiede können durch Messinstrumente gesehen werden
3 SDCM Weniger Farbunterschiede sichtbar
4 SDCM Farbunterschiede sind sichtbar
5 SDCM Deutliche Unterschiede sind sichtbar




Was ist LED-Binning?

 

Abweichungen in der Produktion sind leider unvermeidbar und müssen vom Hersteller generell akzeptiert werden. Um ihnen entgegenzuwirken, können sie lediglich versuchen, den Produktionsprozess zu optimieren und die LED-Chips streng zu selektieren. Dies wird als Binning bezeichnet: Produkte, die in ihren Abweichungen ähnlich sind, werden sortiert und in sog. Bins (engl. für Behälter) eingeteilt. LEDs einzelner Bin-Bereiche garantieren gleichmäßige Lichtfarben, zum Beispiel, dass 4.000 Kelvin auch tatsächlich die Farbtemperatur Kaltweiß ist.

Der Prozess ermöglicht Verbrauchern, Produkte mit konstanter Lichtqualität auszuwählen – doch er kostet Zeit und ist teuer. Daher können Sie sich als Orientierungshilfe merken: Je billiger das Produkt, desto größer sind in der Regel die Differenzen innerhalb einer Produktreihe. Für eine hohe Farbkonsistenz lohnt sich daher die Investition in hochwertige Markenprodukte.



Tipp

 

Sie wollen noch mehr über LED-Binning erfahren? Dann lesen Sie unseren Blogbeitrag zum Thema. Dort finden Sie nützliche Infos und Tipps für die Wahl der richtigen LED-Lampen.



ANSI-LED-Binning-Standards

 

Die ANSI-Norm (American National Standards Institute ANSI-Standard ANSI C78.377A) sortiert Farbwerte von LEDs anhand von MacAdam-Ellipsen. Dabei empfiehlt sie einen gewissen Standard für die Farbkonsistenz von LEDs: Sie muss so hochwertig sein, dass die Farbwerte maximal bis zu 6 Stufen innerhalb der MacAdam-Ellipse abweichen.



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