Licht und Lichtschutz im Museum

Glühlampen, Halogenlampen

Leuchtstofflampen, Kompaktleuchtstofflampen

Entladungslampen, LEDs, Schwefellampen, Elektrolumineszenz

Entladungslampen

	Entladungslampen beruhen wie Leuchtstofflampen auf einer Gasentladung. Bei Leuchtstofflampen wird das sichtbare Licht im wesentlichen erst von der Leuchtstoffschicht erzeugt. Bei Entladungslampen dagegen entsteht das sichtbare Licht sofort bei der Gasentladung. Man unterscheidet Metalldampflampen und Gasentladungslampen. Alle Lampen benötigen eine bestimmte Anlaufzeit von einigen Minuten, bis der richtige Dampfdruck aufgebaut ist und die Lampe ihre volle Leistung entwickelt. Da die Zündspannung über der Betriebsspannung liegt, ist stets ein Zündgerät erforderlich. Entladungslampen sind mit Stiftsockeln oder Schraubsockeln erhältlich, auch in Form kleiner Reflektorlampen, die z.B. in faseroptischen Systemen eingesetzt werden können. Da die Lichtquelle sehr punktförmig ist, lässt sich das Licht von Entladungslampen sehr gut bündeln. Die Lampen sind z.T. nur für spezielle Brennstellungen zugelassen, z.B. horizontal oder vertikal, mit bestimmten Toleranzen.
Philips HID Mastercolour CDM,

Philips MastercolourTP, aus: www.philips.de

Die Metalldampflampen enthalten im Unterschied zu Leuchtstofflampen Quecksilberdampf unter hohem Druck sowie kleine Mengen von Halogenverbindungen, um die Farbbalance zu verbessern. Zwischen den beiden dicht beieinander stehenden Elektroden entsteht ein dichter Stromfluss (Bogenentladung) durch das Gas und die Elektronen stoßen heftig auf die Gasatome. Bei den Kollisionen erhalten die Quecksilber- und anderen Atome viel Energie, die sie in Form von Licht und Wärme wieder abgeben.

Entladungslampen gehören zu den energieeffizientesten Lampen, denn sie haben wenig Möglichkeit, Energie in Form von Wärme abzugeben. Bei Leuchtstofflampen sendet das Quecksilber hauptsächlich UV-Strahlen aus, die von den Leuchtstoffen in energieärmeres Licht umgewandelt werden. Der Differenzbetrag an Energie wird in Form von Wärme frei. Beim Start von Entladungslampen, wenn der Quecksilberdruck noch gering ist, wird ebenfalls hauptsächlich UV-Strahlung erzeugt (welche vom Glaskolben absorbiert wird). Je höher Temperatur und Druck in der Lampe ansteigen, desto weißer wird das Licht. Die anfangs gebildete UV-Strahlung trifft dann sehr häufig auf bereits angeregte Quecksilberatome und befördert diese auf noch höhere Energieniveaus. Die UV-Strahlung kann somit kaum aus dem Gaswolke entkommen, denn sobald ein Atom ein 254 nm-Photon abgibt, wird diese Energie vom Nachbaratom absorbiert (radiation trapping). Diese höheren Energieniveaus bauen sich dann durch Abgabe sichtbaren Lichts ab. Durch die häufigen Kollisionen zwischen angeregten Quecksilberatomen wird außerdem Licht auch in Wellenlängen frei, die ohne Kollisionen unmöglich wären. Quecksilber allein würde bläulich-weißes Licht erzeugen, die Metall-Halide in der Lampe tragen Rottöne und andere Farbnuancen bei und machen das Licht wärmer und tageslichtähnlicher (vgl. Bloomfield).

Alle Entladungslampen brauchen zur Strombegrenzung und Zündung spezielle Betriebsgeräte. Metalldampflampen benötigen nach der Zündung eine gewisse Anlaufzeit (typ. 2 -3 Minuten), um auf die volle Lichtleistung zu kommen. So lange brauchen nämlich die Füllsubstanzen, um vollständig zu verdampfen (Osram-Katalog). Entladungslampen starten nur in kaltem Zustand zuverlässig, eine Wiederzündung ist erst nach 2 - 15 Minuten möglich, oder aber es müssen spezielle Zündgeräte verwendet werden.

Spektrum einer Entladungslampe (Radium HRI-...NSc mit sehr guter Lichtausbeute jedoch mäßiger Farbwiedergabe (2b))

aus: www.radium.de

Von den Entladungslampen besitzen lediglich einige Halogen-Metalldampflampen eine akzeptable Farbwiedergabe und kommen für Museen in Frage. Hierbei sind dem Quecksilber im Brennraum verschiedene Metallhalogenide seltener Erden beigemischt, welche die Farbwiedergabe positiv beeinflussen (Ris 1992). Nur wenige, wie Radium RCI-TS... NDL oder Osram Powerstar HQI tageslichtweiß, erreichen die Farbwiedergabestufe 1A (Lichtausbeute: 70 - >100 lm/W). Die Lichttemperatur der Metalldampflampen nimmt bei jeder Betriebsstunde und bei jedem Einschalten etwas ab, sodass in der Praxis nicht unbedingt die gesamte Lebensdauer nutzbar ist. Bei neueren Typen mit Keramikbrenner (z.B. Osram Powerstar HCI, Farbwiedergabestufe 1B) sowie bei Natrium-Xenonlampen (Farbwiedergabestufe bis 1B) soll die Farbtemperatur weitgehend konstant bleiben (Osram). Alle Entladungslampen emittieren einen erheblichen Anteil UV-Licht und benötigen einen UV-Sperrfilter. Die meisten erfordern zudem eine bruchsichere Abdeckscheibe, für den Fall, dass eine Entladungslampe explodiert.

Leuchten für Entladungslampen lassen sich nur mit Leuchtmitteln einer ganz bestimmten Wattzahl bestücken. Strahler für Entladungslampen sind daher weit weniger variabel als z.B. Strahler für Halogen-Reflektorlampen, bei denen verschiedene Wattzahlen und Abstrahlwinkel eingesetzt werden können und die sich oft zusätzlich dimmen lassen.
Entladungslampen sind im Museum daher nur für ganz bestimmte feste Installationen und für die Glasfasertechnik von Interesse.

LEDs (Light Emitting Diodes)

Paneel mit LEDs

	LEDs produzieren Licht auf ganz andere Weise: Auf einem Halbleiterchip sind eine p- und n-dotierte Zone angeordnet. Die p-Zone wird von positiven Ladungen, die n-Zone von negativen Ladungen dominiert. Die beiden Zonen sind durch eine Barriere getrennt, die erst ab einer gewissen Spannung Elektronen von der n- zur p-Zone fließen lässt. Ab einer gewissen Spannung besitzen die Elektronen in der n-Zone genügend Energie, um die Barriere zu überwinden. In der p-Region angekommen, verbinden sich die Elektronen mit den positiven Ladungen. Hierbei wird Energie frei, die in Form von elektromagnetischer Strahlung abgegeben wird. Die Wellenlänge dieser Strahlung ist charakteristisch für das Halbleitermaterial (Gallium, Arsen, Phosphor...). Jedes Material kann nur Strahlung in einem engen Wellenlängenbereich abgeben. Verschiedenfarbige LEDs sind aus verschiedenen Materialien hergestellt (nach: www.theledlight.com). Da praktisch keine Energie in Form von Wärme und UV-Strahlung abgegeben wird, sind LEDs weitaus effizienter als Glühlampen. Die Lichtausbeute ist in den letzten Jahren stark verbessert worden, bei sehr niedriger Temperatur ist sie im übrigen wesentlich höher als bei Normaltemperatur. Die Lebensdauer beträgt 100 000 h und mehr.
aus: theledlight

aus: acept.la.asu.edu		aus: theledlight

Weiße LEDs: Aus LEDs lässt sich auf zwei Arten weißes Licht gewinnen: 1) durch Photolumineszenz: Um weißes Licht zu erzeugen, werden blaue oder UV-emittierende LEDs (465 - 480 nm) mit speziellen Lumineszenzkappen versehen, welche das blaue bzw. UV-Licht großenteils in weißes Licht umwandeln. Die Dicke der Lumineszenzkappe ist entscheidend für den Farbton: ist sie zu dick, entsteht ein Gelbstich, ist sie zu dünn ein Blaustich. Da die Kappe zum Rand hin dünner wird, ist bei blau emittierenden LEDs das Licht in den Randzonen stets etwas bläulich. Bei teuren LEDs werden nur Chips verwendet, deren Farbton in einem sehr engen Toleranzbereich liegt - nur dann ist es möglich, Art und Dicke der Lumineszenzschicht genau anzupassen. Die typische Farbtemperatur liegt bei 8000 K, bei teuren auch 4700 K. Dennoch erscheint von hundert produzierten LEDs stets ein Teil gelblich oder bläulich. Diese müssen vom Anwender (Leuchtenhersteller etc.) manuell oder maschinell nach Farben selektiert werden. Für Museen am interessantesten dürften die leicht gelblichen Varianten sein, die am wenigsten Lichtschäden verursachen und von der Lichtfarbe (Farbtemperatur) am besten mit Glühlampen oder Halogenlampen harmonieren. Auch durch spezielle Gelbfilter lässt sich die Farbtemperatur von 8000 K auf 3500 K vermindern und somit dem Halogenlicht angleichen (z.B. Lumitronix). Die meisten heute angebotenen weißen LEDs basieren auf diesem Prinzip, wobei der Farbwiedergabewert oft nicht sehr gut ist. Durch Kombination verschiedener LEDs lässt sich jedoch selbst die Farbwiedergabestufe 1a erreichen.
	aus: Licht + Architektur 1/2001
	warmweiße LED von Lumitronix

Weiße LEDs werden seit wenigen Jahren zur Vitrinenbeleuchtung angeboten, wobei meist vorgefertigte LED-Paneele oder Lichtschnüre zum Einsatz kommen. LEDs lassen sich auch einzeln auf (unsichtbar leitend gemachte) Glasplatten aufbringen. LEDs verändern ihre Farbe beim Dimmen nicht. LEDs werden in verschiedenen Durchmessern (3 - 13,5 mm) angeboten. Das Licht wird immer nur in eine Richtung abgegeben. Es steht eine große Zahl von Abstrahlwinkeln zur Verfügung, von sehr stark gebündeltem Licht (Laserklasse 1, bekannt vom Laserpointer) bis breitstrahlende LEDs (20° - 120°).

Ähnlich wie bei Halogenlampen sind auch LEDs mit Reflektorengehäusen erhältlich. Neuentwickelte LEDs besitzen z.T. enorme Lichtstärken bis 150 Candela. Inzwischen sind LEDs selbst mit Schraubsockeln erhältlich (siehe links). Die Farbtemperatur liegt bei 8000 K oder 5500 K (tageslichtähnlich). Die Farbwiedergabequalität dieser Standardprodukte entspricht derzeit noch nicht Museumsanforderungen.
	LED Lampe mit 30° Abstrahlwinkel, 21 weiße LEDs, 4W, 230V, für Schraubfassungen aus: www.lightshop24.de	LED Lampe mit 15° Abstrahlwinkel, 12 weiße LEDs, 3,3W, 12V, aus: www.lightshop24.de

Glühlampenähnlich sind die Philips Master LED, die allerdings noch keine gute Farbwiedergabewerte besitzen (Ra 70). Sie sind auch als Spotlampen erhältlich.

2) Die zweite Möglichkeit, weißes Licht zu erzeugen sind Multi-LEDs, auch RGB-LEDs genannt (Bezeichnung stammt von Rot/Gelb/Blau): Hierbei werden werden drei oder vier verschiedenfarbige LED-Chips in einer Lampe oder verschiedenfarbige LEDs in einer Baugruppe vereint. Durch gezielte elektronische Ansteuerung lässt sich die Lichtfarbe innerhalb eines großen Frabraums wählen. Mit dieser Methode lassen sich exzellente Farbwiedergabewerte bis Ra 97 erreichen

Osram Multi-LED mit 3 Chips und 6 Kontakten zur individuellen Ansteuereung

RGB-Platine von VS-optoelectronic
aus: www.led-info.de

Spektrum einer auf 2200 K eingestellten Multi-LED (rechts) im Vergleich zu einer Glühlampe derselben Lichttemperatur. Der Farbwiedergabewert liegt hier bei hervorragenden Ra 95. Von www.lumodan.dk

Beleuchtung von Goldobjekten mit einer warmweißen LED (Bild ganz links) im Vergleich zur Beleuchtung mit einer Multi-LEDs, eingestellt auf verschiedene Farbtemperaturen. Der Farbwiedergabewert liegt hier bei hervorragenden Ra 95 bis Ra 97. Von www.lumodan.dk

Zur Raumbeleuchtung eignen sich z.B. die Tempura-Strahler von Zumtobel, bei denen sich die Farbtemperatur frei einstellen lässt.
Dieses System erfüllt Wünsche wie vollständige Dimmbarkeit, Langlebigkeit und gute Lichtausbeute. Durch Vorsatzlinsen lassen sich verschiedene Abstrahlwinkel erzielen.

LEDs lassen sich inzwischen hervorragend zur Museumsbeleuchtung einsetzen, für Vitrinenbeleuchtung sowie für die Raumbeleuchtung. Hochwertige Multi-LEDS können eine sehr gute Farbwiedergabe erreichen. Durch entsprechende elektronische Ansteuerung lässt sich die Lichtfarbe in gewissen Grenzen variieren und damit anderen Leuchtmitteln im Raum angleichen. Durch die niedere Lichtstärke der einzelnen LEDs lässt sich das Licht sehr genau dosieren und bei Bedarf auch noch weiter dimmen. Dies ist gerade für lichtempfindliche Exponate von Vorteil, wo eine einzelne Halogenlampe oft bereits zu viel Licht liefert. Vorteilhaft sind weiterhin die vielen Anwendungsmöglichkeiten und der geringe UV- und IR-Anteil im Licht. Die Lichtausbeute steigt weiter rasant und hat z.T. bereits Halogenlampen überholt.
Da LEDs momentan noch trendy sind, werden sie gerne gezeigt, wodurch die Gefahr der Blendung oder Ablenkung entsteht. . Für die Zukunft lassen LEDs noch vieles erwarten, sie dürften sich zu einem ernsthaften Konkurrenten der Glasfaserbeleuchtung entwickeln Sehr ausführliche und aktuelle Informationen zu LEDs finden Sie bei www.led-info.de

Schwefellampen

Schwefellampen sind ein revolutionärer Lampentyp für große Hallen. Eine Schwefelkugel wird durch einen Mikrowellengenerator angeregt und erzeugt ein sonnenlichtähnliches (6000°K) weißes Licht mit geringem IR-und UV-Anteil. Der Lichtkolben besteht aus einer hohlen, 35 mm großen Quarzkugel, die mit Schwefel- und Argongas gefüllt ist. Die Lichtausbeute ist etwa mit 80 - 135 lm/W bis zu doppelt so hoch wie bei anderen weißen Lichtquellen, die Lebensdauer der Lampe liegt bei 60 000 h, die des Mikrowellengenerators bei ca. 20 000 h.

aus: 3M

Beleuchtung einer Lagerhalle mit aus Schwefellampen gespeisten Lichtöhren

Die Lichtleistung einer einzelnen 1000 W Schwefellampe ist mit 135 000 lumen extrem hoch - sie kann bis auf 20% gedimmt werden. Um das Licht gleichmäßig auf den Raum zu verteilen, wurden spezielle bis 27 m lange Lichtröhren eingesetzt, aus denen das Licht gleichmäßig austritt. Die hohlen Lichtröhren sind mit einem speziellen Reflexionsfilm mit mikroskopischen Prismen ausgestattet. Hiermit können größte Räume diffus und schattenfrei ausgeleuchtet werden. Im National Air and Space Museum Washington wurde dieses System erstmals in einem Museum zum Einsatz gebracht.
Seit dem Jahr 2000 werden angeblich keine Schwefellampen mehr produziert. Gründe hierfür sind u.a. der leichte Grünton und die gezwungenermaßen hohen Wattzahlen. Lichtröhren, mit Entladungslampen betrieben, werden heute dagegen sehr vielseitig eingesetzt.

Elektrolumineszenz

Seit 1936 ist bekannt, dass gewisse Leuchtstoffe im Dielektrikum eines Kondensators im elektrischen Wechselfeld zum Leuchten angeregt werden. Mit Kupfer aktiviertes Zinksulfid ergibt ein grünes Leuchten. Sehr robuste Elektrolumineszenzplatten werden auch in Keramiktechnik auf Metall hergestellt; ebenso kann auch Kunststoff verwendet werden (aus Hentschel 1994 S. 126f).

Die Elektrolumineszenz liefert nur eine geringe Lichtausbeute und Leuchtdichte bei einem theoretischen Maximum von 6 lm/W. Sie kann daher nur in schwach beleuchteten Bereichen für Lichtakzente oder als Sicherheitslicht eingesetzt werden, wo es nicht auf Farbqualität ankommt. Die Leuchten sind dimmbar mittels Induktivlastdimmer. Mittlere Lebensdauer: 5000 h, in gedimmtem Zustand bis 50 000 h.

Anwendungen sind hauchdünne flexible Leuchtplatten. Sie sind auch in Plakatgröße und in verschiedenen Lichtfarben erhältlch (z.B. Finish Technology). Außerdem 3 mm dicke Elektroleuchtschnüre, die in beliebigen Längen abzuschneiden und zu verlängern sind.

Treppendekoraton mit Leuchtschnur, aus: Stiers

Luminis-Leuchtfolie, zum Betrachten von Wasserzeichen u.ä. (Stiers)

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