LED und OLED können Befinden, Leistung und Konzentration steuern
Mit der Entwicklung neuer Beleuchtungssysteme wie LED und OLED bieten sich auch neue Möglichkeiten der Lichtsteuerung an. Licht kann gezielt eingesetzt werden, um menschliches Befinden, Leistungsfähigkeit, Konzentrationsvermögen und Aufmerksamkeit zu beeinflussen.
Halbleiter-Lichttechnologien (SSS: Solid States Lighting) wie LED (Light Emitting Diodes) und OLED (Organic LED) erzeugen Lichtstrahlungen aus Halbleiterelementen unter Einwirkung elektrischer Energie. Sie bringen mit ihren gegenüber herkömmlichen Lichttechnologien erweiterten Eigenschaften eine Reihe neuer technischer Optionen in die Gestaltung von Lichtsystemen in Raum und Gebäude, z. B. höhere Effizienz und farbiges Licht. Sie ermöglichen aber auch neue Wechselwirkungen mit Menschen, anderen Lebewesen, Pflanzen, Objekten und Materialien. Mittlerweile sind zahlreiche Wechselwirkungen von LED-RGB-Licht mit dem Menschen bekannt und werden genutzt. (RGB = Rot-Grün-Blau).
Getrieben wurde die Entwicklung alternativer Leuchtmittel wie der LED zunächst von der Forderung nach mehr Energieeffizienz. Denn während die aussterbenden Glühbirnen auf eine Energieeffizienz von ca. 10 lm/W kommen, schaffen normale LED 50 lm/W, heutige Hochleistungs-LED ca. 150 lm/W. Dabei lieferten die ersten LED am Markt nur sehr weißes, besonders für das Wohnumfeld unattraktives „kaltes“ Licht. Aktuelle LED-Lampen bieten nahezu das gesamte Farbspektrum an.
LED-Produkte bilden unterschiedliche Farbtemperaturen ab
Typische Farben von heutigen LED-Chip-Produkten sind z. B. Rot (632 nm), Gelb (590 nm), Grün (525 nm), Blau (470 nm). Entsprechend lässt sich die Farbtemperatur in Kelvin zuordnen.
Wechselwirkungen Licht – Mensch
Der bekannteste Einfluss des Lichts auf den Menschen ist wohl die Beeinflussung der 24-h-Rhythmik bestimmter biologischer Körperprozesse, aber auch von psychischen Faktoren. Ein Zustandszyklus ist der Verlauf von aufwachen, aktiv sein, müde werden und schlafen. Dieser Rhythmus ist mit der Helligkeit und der spektralen Zusammensetzung des Sonnenlichts von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang synchronisiert. Der Einfluss des Sonnenlichtverlaufs auf den Schlaf-Wach-Rhythmus über den Tag bewirkt ausgehend von den Augen als Sensoren die verstärkte oder gebremste Ausschüttung von Melatonin (Schlafhormon). Generell unterstützen variable Lichtsysteme den natürlichen Rhythmus des Menschen. Tageslichtweiße Beleuchtung aktiviert (5600 Kelvin [K]) warmweißes Licht entspannt (3000 K).
Tests bestätigen: Konzentration, Ruhe und Leistung lassen sich steuern
Bei Versuchen des Uniklinikums Hamburg-Eppendorf (nach www.licht.de) gab es z. B. folgende Ergebnisse: Eine Schulklasse wurde über 10 Monate drei unterschiedlichen Lichtprogrammen für „Aktivieren“ (12 000 K, 650 Lux), „konzentriertes Arbeiten“ (6000 K, 1000 Lux) und „Beruhigen“ (2700 K, 300 Lux) ausgesetzt. Das Ergebnis war, dass die Fehlerquote bei den Arbeitsaufgaben um 45 % gegenüber einer Standardbeleuchtung sank, das Leseverständnis und die Lesegeschwindigkeit um 30 % stiegen und die motorische Unruhe in 8 min um 75 % gesenkt wurde.
Ähnliche 15-monatige Versuche brachten in einem Pflegeheim bei den Bewohnern tagsüber höhere Aktivitäten, nachts besseren Schlaf (stabilisierter zirkadianer Rhythmus), eine Entlastung des Pflegepersonals und gleichzeitig einen verminderten Einsatz von Schlafmedikamenten.
Bekannt sind auch die entspannende Wirkung grüner Beleuchtung durch die Assoziation mit Pflanzen. Bäumen, Wäldern, Wiesen.
Verblüffend sind die im „inHaus-Future-Hotel-Labor“ festgestellten subjektiven Empfindungen der Raumtemperatur. Bei einer physikalischen Raumtemperatur von z. B. 20 oC ist bei rötlicher Beleuchtung eine um bis zu 2 oC höhere Temperaturempfindung bei Testpersonen feststellbar, während bei bläulicher Beleuchtung eine um bis zu 2 oC niedrigere Temperaturempfindung zu verzeichnen war.
LED- und OLED-Technologie: Großes Potenzial für die Lichtsteuerung
In Zukunft wird es ein noch stärkeres Ausreizen des vollen Potenzials der LED-Technologie durch Innovationen bei LED-Modulen und Leuchten unter Einbindung in intelligente Lichtsteuersysteme geben. Diese werden sich auch automatisch optimierend an die jeweiligen Orte, Personen und Aktivitäten anpassen (ambient intelligence lighting).
Völlig neue Möglichkeiten wird es mit der OLED-Technologie geben (Organic LED), die z. B. ein flächiges Licht an Wänden und Decken von Räumen ermöglicht. Licht wird dann ein nicht mehr dinglich fassbarer Bestandteil von Räumen sein.
Der Autor ist Geschäftsführer des Fraunhofer-inHaus-Zentrums für Intelligente Raum- und Gebäudesysteme, Duisburg.
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