light for vitality · (narendran u.a. 2002) rgb-led rgb-led led-"amber weiß"...

D. GALL TU Ilmenau

Welche Lichtfarbe

braucht der

Mensch ?

Light for Vitality7.November, Dresden

Na-Niederdruck-lampe

Dreibanden-Leuchtstofflampe

Tageslicht

Spektrenverteilung einiger Lichtquellen

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

rel.

Spek

tr alv

erte

ilung

380 480 580 680 780

Wellenlänge [nm]

direkte SonneCCT: 5080 K

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

rel.

Spek

tralv

erte

ilun g

380 480 580 680 780

Wellenlänge [nm]

GlühlampeCCT: 2800 K

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2re

l.Sp

ektra

lver

teilu

ng

380 480 580 680 780

Wellenlänge [nm]

HalogenmetalldampflampeCCT: 3630 K

Spektrale Absorptionskurven der Empfänger

(R.SÖLCH 1998)

0

50

100

400 500 600 700

Wellenlänge [nm]Mensch

0

50

100

400 500 600 700

Wellenlänge [nm]Taube

0

50

100

300 400 500 600 700

Wellenlänge [nm]Wellensittich

0

50

100

400 500 600 700

Wellenlänge [nm]Goldfisch

Netzhaut: Zapfen und

Stäbchen

aus: Bild der

Wissenschaft 1975

Übergangsstufen zum dreidimensionalen Farbensehen

Weiß/SchwarzGelb/BlauRot/Grün

...Weiß/SchwarzUrfarbe X/Urfarbe Y

Weiß/SchwarzUrfarbe X/Urfarbe Y

...Empfindungs-paare

Hell/DunkelkanäleK/ML-KanäleM/L-Kanäle

...Hell/DunkelkanäleK/ML-Kanäle

Hell/DunkelkanäleK/M-Kanäle

...Neutronale Kanäle

K-ZapfenM-ZapfenL-Zapfen

...K-ZapfenM-ZapfenL-Zapfen

K-ZapfenM-Zapfen

...Zapfen der Netzhaut

Entwicklungsstufe 3

(3 Empfindungs-dimensionen)

...Entwicklungsstufe 2 B

(2 Empfindungsdi-mensionen)

Entwicklungsstufe 2

(2 Empfindungsdi-mensionen)

...Entwicklungs-stufen

(R. SÖLCH 1998)

Das menschliche Gehirn

AZC V3a

ITC

MTV/V5

V1V4

V3

V2

VP

StirnlappenScheitellappen

Hinterhauptlappen

Schläfenlappen

Kriterien bei der Spektrenauswahl:

- Lichtausbeute- Lichtfarbe- Farbwiedergabe- Sehfunktionen- Schädigungspotentiale- circadiane Beeinflussung (Gesundheitsanteil)

Rel. Spektrale Empfindlichkeit (Absorption) der optischen Sensoren im Auge

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5lo

g.re

l.s p

e ktra

leE

mpf

indl

i chk

eit e

n

300 400 500 600 700

Wellenlänge [nm]

S M L

S. VOGEL (2003)

Stimmungsattribute für verschiedene Lichtfarben

dämmrig kaltdämmrig trübe

dämmrigunter 700 lx

neutralfreundlichfreundlich700 – 3000 lx

freundlichfreundlich lebendig

übertrieben künstlich

über 3000 lx

TageslichtWeißWarmtonBeleuchtungs-stärke

Lichtfarben

(BODMANN u.a.)

Rel. Richtigkeit der Wahrnehmung von Raumfarben

(zit. A.NEMCSIS 1993)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Rel

ativ

eR

icht

igke

it%

100 101 102 103 104 105 106

Beleuchtung [lx]

Antworthäufigkeit in Abhängigkeit von der ähnlichsten Farbtemperatur CCT

(G. STECK 1975)

0

10

20

30

40

50

60

70m

ittle

r ere

l.An

t wor

t häu

figke

it[%

]

3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 5.500

ähnlichste Farbtemperatur T [K]n

Antwortklasse „freundlich, lebendig, frisch“„ „ „ fade, einschläfernd“

Voreinstimmung auf 5400 K

Lichtfarbe und Beleuchtungsniveau

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400B

e leu

chtu

n gs s

tärk

e[lx

]

0 2.000 4.000 6.000 8.000

ähnlichste Farbtemperatur [CCT (K)]

Kruithof o.G.Kruithof u.G.Han o. G.Han u. G.

u. G. - untere Grenzeo. G. - obere Grenze

der Behaglichkeit

Zusammenhang zwischen ähnlichster Farbtemperatur und Akzeptanz

Parameter: Raumtemperatur; 1000 lx(nach NAKAMURA 25. CIE 2003)

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

Ak z

epta

nz

3.500 4.000 4.500 5.000 5.500 6.000 6.500 7.000 7.500 8.000

ähnlichste Farbtemperatur CCT [K]

10° C30° C23° C

gut

schlecht

Natrium-Niederdrucklampe Tageslicht

Farbwiedergabe

Hochdrucklampen Tageslicht

Farbwiedergabe

S. VOGEL (2003)

Einschätzung der Farbwiedergabe-Eigenschaften (allgemein)

(NARENDRAN u.a. 2002)

RGB-LED

RGB-LED

LED-"Amber Weiß"

LED-"Weiß"

Halogenglühlampe

Glühlampe

25

63

81

83

98

98

4270

4140

4120

5031

2840

2640

Lampe Ra CCT FWG-Präferenz (allgemein)

E . 200 lx

0,5

1,1

0,6

0,05

- 0,4

- 1,4

CCT –ähnl.Farbtemperatur in Kelvin

Ra – allg. Farbwiedergabeindex

Einschätzung der Farbwiedergabe-Eigenschaften der Haut

+ 0,8

+ 0,6

- 0,25

- 0,4

- 0,5

- 1,2

RGB-LED

RGB-LED

LED-"Amber Weiß"

LED-"Weiß"

Halogenglühlampe

Glühlampe

25

63

81

83

98

98

4270

4140

4120

5031

2840

2640

Lampe Ra CCT FWG-Präferenz der Hautfarbe

E 200 lx.

(NARENDRAN u.a. 2002)CCT in Kelvin (ähnl.Farbtemperatur)

Ra – allg. Farbwiedergabeindex

„Sonnen- Anbeter“E.Barlach

„Zwei Gesichterder Sonne“

LE CORBUSIER

Wellenlängenabhängigkeit – Thermische Netzhautgefährdung

B (λ)

R (λ)

Wellenlängenabhängigkeit der thermischen Netzhautgefährdung R(8) und der Photochemischen Netzhautgefährdung durch blaues Licht B(8) [SUTTER]

(zit. bei LINDNER 1978)

Körper

Zwischenhirn - Hypophyse

Neben-nieren-rinde

Großhirn

Licht

energ

etisc

her Ante

il

der Seh

bahn

optischer Anteil

der Sehbahn

* Leistungs-bereitschaft

* Ermüdung* Erholung

physiologische Funktion

* Stoffwechselproz.* Blutzucker* Elektroly. haush.* Fettstoffwechsel* Eiweisstoffwechsel

* Eosinophinenzahl* Wasserhaushalt* Sexualhormone* Kreislauf* Schilddrüsentätigkeit

Licht

Stimmung* Gemütszustand* Akzeptanz

Sehfunktion

* Helligkeit* Kontrast* Form* Farbe* Bewegung

u. a. m.

Visuelle Wahrnehmung* Informationsverarbeitung* Mentales Konzept* Wiedergabe

„Energetischer Anteil“ der Sehbahn

„In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der Münsteraner Anatom H. Becher (1955) ein flächenhaft über die ganze Netzhaut ausgebreitetes Kerngebiet im III.Neuron nachgewiesen hat, das den Stäbchen und Zapfen vorgelagert ist („heliotropes Bewirkungssystem“).

....

Die Existenz einer retino-hypothalamischen Bahn wurde bereits Mehrfach zweifelsfrei bestätigt.“

(Hollwich, 1981)

„Energetischer Anteil“ der Sehbahn

„Trotz diesen zustimmenden Aussagen (L. S. und B. S.) über die von mir erstmals hervorgehobene Doppelrolle des menschlichen Auges hat sich die Lichtindustrie .... völlig einseitig auf den Sehvorgang orientiert.“

(Hollwich, 1981)

Produktivität und Unfälle über die Tageszeit

Prüfungen

Durchschnittsprüfungsnoten LT/TO I (Mittelwerte)2001-2003, 509 Studierende

1,01,52,02,53,03,54,04,55,0

08 : 00 09 : 00 1 0: 00 1 1 : 00 1 2 : 00 1 3 : 00 1 4 : 00 1 5 : 00 1 6 : 00 1 7 : 00

Prüfungszeitraum Juli Prüfungszeitraum September/ Oktober

8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Prüfungszeit Uhr

Durchschnittsprüfungsnoten LT/TO I (Mittelwerte)2001-2003, 509 Studierende

1,01,52,02,53,03,54,04,55,0

08 : 00 09 : 00 1 0: 00 1 1 : 00 1 2 : 00 1 3 : 00 1 4 : 00 1 5 : 00 1 6 : 00 1 7 : 00

Prüfungszeitraum Juli/September/Oktober

8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Prüfungszeit Uhr

(TU Ilmenau)

Belichtung und unspezifische Lichtwirkung

0,00

-0,50

-1,00

-1,50

-2,00

-2,50

-3,00

-3,50

1 10 100 1.000 10.000

Verschiebung dercircadianen Rhythmik [h]

b)-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

1 10 100 1.000 10.000

Suppressionvon Melatonin [%]

a)

1 10 100 1.000 10.000

subjektiveMunterkeit

c)

[rel

ativ

eEi

nhei

ten]

Parameter: (weißes Licht) (zit. bei SCHIERZ Licht 2002)

Belichtung pro Tag

Maximum (klx · h)(klx · h)

16144 ± 40462Busfahrer (22 TP)

217 ± 5172Büroangestellter (26 TP)

215 ± 4,9185Student (29 TP)

Belichtung / TagMittlere Beleuchtungs-stärke (lx)

Parameter: Messgerät am Arm, 1 Messung/Minute, auf E am Auge

korrigiert, 3 –9 Stunden Schlaf(IWATA, T. u.a. CIE 2003)

Belichtung und Schlafqualität

(IWATA, T. u.a. CIE 2003)

M/A groß M/A geringH groß (5,4 klx·h) H klein (3,4 klx·h)

91 % 81 %Schlafeffizienz(Dauer)

92 % 85 %Schlaf-Wachphase

Gruppe 1 Gruppe 2

Anmerkung: Es besteht keine Korrelation zur subjektiven Einschätzung

Es bedeutet:

M/A – Verhältnis zur Belichtung am Morgen (2-4h) nach dem Aufstehen zur

Dosis am Abend (2-0h) vor dem Schlafen (15 TP)

H - Belichtung

Depressionsbehandlung mit Licht

Empfindungsfunktionen

Genormte Helligkeitsfunktion v(8) und v´(8) und circadiane Wirkungsfunktion c(8)

gemittelte circadiane Wirkungskurve c(8)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

c()λ

380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600

λ [nm]

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600

Thapan u.a. (2001)

Brainard u.a. (2001)

vcvc

nm

nme

nm

nme

cv

EaE

dvE

dcE

a

⋅=

⋅⋅

⋅⋅=

∫

∫780

380

780

380

)(

)(

λλ

λλ

λ

λ

Es bedeutet:acv - circadianer Wirkungsfaktorc(8) - circadiane WirkungsfunktionEc - circadiane Beleuchtungsstärke (lxc)Ev - Beleuchtungsstärke (lx)

Ähnlichste Farbtemperaturen (CCT) im Innenraum

0,945700 KWinter

0,805200 KSommerInnen

0,845400 KWinter

1,06000 KSommerFenster

Circadianer Wirkungsfaktor (acv)

CCT

- gemittelte Farbtemperaturen und acv-Werte (J. VOGEL 2003)

acv-Werte einiger Lampen

acv-Werte einiger „Bio“-Lampen (z/y-Wert)

1, 19PHILIPS TLD 58W/965

1, 17Biolux OSRAM 58W/72-965

0, 936BIO-LICHT 58W/5700 K

0, 984NARVA VITAL 58W/955

0, 932TRUE –LITE 58W(AURU-LIGHT)

acvLampe

Circadiane Wirkungsfaktoren von Monitoren

EBU / HDTV

NTSC

0,15

0,14

0,06

0,08

0,29

0,21

0,60

0,71

0,64

0,67

0,33

0,33

10,8

9,8

0,18

0,11

0,03

0

x y x y x y

StandardFarbwertanteile

circ. Wirkungs-faktor (acv)

Blau Grün Rot Blau Grün Rot

Farbe und energetische Wirkung des Lichtes

Circadianer Wirkungsfaktor acv als Funktion der Farbtemperatur (CCT)

Circadianer Wirkungsfaktor in der Morgendämmerung

Circadianer Wirkungsfaktor in der Abenddämmerung

Circadianer Wirkungsfaktor als Funktion der Tageszeit

Circadiane Bewertung einer Landschaft

a. Leuchtdichteverteilung L (x, y)b. Foto der Landschaftc. Relative circadiane Leuchtdichte-

verteilung L c, rel (x, y)d. Relativer Wirkungsfaktor

(acv, rel = f(x, y))

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