Eine Geschichte der Revolutionen in der Beleuchtung

Im Jahr 2011 stellten das Vereinigte Königreich und die Niederlande den Verkauf von Glühbirnen ein. Zuvor hatten bereits Australien, Argentinien und Italien im Jahr 2010 damit begonnen. Danach weitete sich die Liste der Länder, die den Verkauf verboten, auf die EU, Kanada und die Vereinigten Staaten aus. Mit dem Jahr 2017 stellte auch das chinesische Festland den Verkauf von Glühbirnen ein, und seitdem gibt es in dem Land keine Glühbirnen mehr.

Vor mehr als einem Jahrhundert, im Jahr 1879, führte Edison die Menschheit mit einer Wolfram-Glühbirne in eine brandneue "Lichtära"; mehr als ein Jahrhundert später, im Jahr 2017, hat die Glühbirne ein stattliches "Alter" von 138 Jahren erreicht und ist alt geworden, um die große Bühne dem neuen Protagonisten zu überlassen – der LED-Lampe.

　　Die historische Wolfram-Glühbirne

　　Die meisten Glühlampen wandeln 90 % der verbrauchten Energie in nutzlose Wärme um, und nur weniger als 10 % der Energie wird zu Licht.

　　„Am 21. Oktober 1879 entzündete ein amerikanischer Erfinder durch langwierige und wiederholte Versuche endlich die erste praktisch nutzbare elektrische Lampe der Welt. Seitdem trat der Name des Erfinders, wie die von ihm erfundene elektrische Lampe, in unzählige Haushalte ein. Er war Edison, der später als ‚Erfinderkönig' gepriesen wurde.

　　Diese Geschichte verbreitete sich in unzählige Haushalte. Obwohl einige Quellen einen Amerikaner namens Henry Goebel erwähnen, der vor Edison karbonisierte Bambusfäden mit Strom zum Leuchten brachte, war es dennoch Edison, der tatsächlich mehr als 1.600 verschiedene hitzebeständige Materialien erprobte und letztendlich Wolframfäden als Glühfäden für lang anhaltendes Leuchten verwendete.

　　Die Wolframfaden-Glühbirne ist das, was traditionell als ‚Glühlampe' bezeichnet wird. Im Jahr 1906 erfand General Electric ein Verfahren zur Herstellung von Wolframfäden für elektrische Lampen, wodurch schließlich das Problem der billigen Wolframfadenherstellung gelöst wurde. Wolframfaden-Glühbirnen hielten Einzug in gewöhnliche Haushalte und werden bis heute verwendet.

　　Jedoch liegen Aufstieg und Fall der Glühlampe beide am Wolframfaden. Feine Unterschiede im elektrischen Widerstand entlang des Fadens führen zu ungleichmäßigen Temperaturen; an Stellen mit höherem Widerstand steigt die Temperatur stärker, wodurch das Wolfram schneller sublimiert, was den Faden dünner macht und den Widerstand in einem Kreislauf weiter erhöht, bis der Faden schließlich durchbrennt. Dieses Problem beeinträchtigte die Lebensdauer von Glühbirnen lange Zeit, bis Ingenieure entdeckten, dass das Ersetzen des Vakuums durch ein Inertgas die Sublimation des Wolframs verlangsamen kann. Heute sind die meisten Glühbirnen mit Stickstoff, Argon oder Krypton gefüllt und haben eine typische Lebensdauer von etwa 1.000 Stunden.

　　Ein Jahrhundert später mussten sich Glühlampen der Tatsache stellen, von der historischen Bühne abzutreten. Die meisten Glühlampen wandeln 90 % der verbrauchten Energie in nutzlose Wärme um, und nur weniger als 10 % werden zu Licht. Eine so enorme Verschwendung besiegelte das Schicksal der Glühlampen, das sich seinem Ende näherte.

　　Zur Energieeinsparung und zum Umweltschutz haben verschiedene Länder Zeitpläne zur Abschaffung von Glühlampen festgelegt: Australien, Argentinien und Italien nahmen 2010 die Führung beim Ausstieg aus dem Verkauf von Glühlampen; das Vereinigte Königreich und die Niederlande 2011; die EU und Kanada 2012; die USA 2014; und das chinesische Festland wird 2017 als letztes den Verkauf von Glühlampen einstellen.

　　Die folgende Leuchtstofflampe

　　Leuchtstofflampen haben eine hohe Lichtausbeute und eine große Leuchtfläche. Ihr Wirkungsgrad liegt nahe bei 40 %, und die erzeugte Wärme beträgt nur 1/6 der einer gleich hellen Glühlampe.

　　Auf den Schultern des «Riesen», der die Glühlampe war, schien die Entstehung der Leuchtstofflampe eine natürliche Entwicklung zu sein. Im Jahr 1910 erfand der Franzose A. Claude die Neonentladungslampe. Er füllte Quecksilber in die Lampe, um eine Röhre herzustellen, die blaues Licht ausstrahlte, und beschichtete später die Innenwand der Röhre mit Leuchtstoffpulver, um eine Röhre herzustellen, die weißes Licht ausstrahlte.

　　1939 wurde auf den Weltausstellungen in New York und Los Angeles die erste praktische Leuchtstofflampe vorgestellt. Die „Leuchtstofflampe", eine elektrische Lichtquelle, die Leuchtstoff verwendet, um die beim Niederdruck-Quecksilberdampfentladungsprozess erzeugten UV-Strahlen in sichtbares Licht umzuwandeln, wurde offiziell geboren. Leuchtstofflampen werden im Allgemeinen in Röhrenform hergestellt und umgangssprachlich als „Lichtröhren" bezeichnet. Sie bieten eine hohe Lichtausbeute und eine große Leuchtfläche, mit einem Wirkungsgrad von nahezu 40 %, während sie nur ein Sechstel der Wärme einer Glühlampe gleicher Helligkeit erzeugen. Darüber hinaus spenden Leuchtstofflampen weiches Licht, haben eine lange Lebensdauer und können Tageslicht oder verschiedene andere Lichtfarben annähern, was sie zu einer hervorragenden Innenbeleuchtungsquelle macht.

　　Die Verringerung des Durchmessers von Leuchtstofflampenrohren verbesserte die Lichtausbeute und ebnete den Weg für die „Energiesparlampe". Die offizielle Bezeichnung für Energiesparlampen lautet Kompaktleuchtstofflampen mit Dreibanden-Leuchtstoff auf Seltene-Erden-Basis, die in den 1970er Jahren bei Philips in den Niederlanden entwickelt wurden. Energiesparlampen ähneln in ihrer Größe Glühlampen und verwenden denselben Sockelanschluss, sodass sie Glühlampen direkt ersetzen können. Bei gleicher Lichtleistung verbrauchen diese Lampen nur 1/5 bis 1/4 des Stroms herkömmlicher Glühlampen, wodurch erhebliche Beleuchtungsenergie und -kosten eingespart werden – daher der Name „Energiesparlampe".

　　HID-Lampen, die die Nacht erhellen

　　Eine Standard-HID-Lampe erzeugt mehr als das Dreifache des Lichtstroms einer gewöhnlichen Lampe, mit Farbtemperaturen von 3000K bis über 12000K. Sie eignet sich für Nachtbeleuchtung und Straßenbeleuchtung.

　　Während Leuchtstofflampen entwickelt wurden, entwickelte sich auch ein anderer Zweig der Glühbirnen. 1932 kamen Hochdruck-Quecksilberdampflampen in den Verkauf, was den Beginn der HID-Lampen (High Intensity Discharge) markierte.

　　Im Jahr 1961 meldete Gilbert Reiling von General Electric das erste Patent für eine Metallhalogenidlamp an – eine Lampe, die für gewerbliche, Straßen- und Industriebeleuchtung geeignet ist. Drei Jahre später wurde sie 1964 auf der Weltausstellung ausgestellt und beeindruckte das Publikum.

　　Kurz darauf stellte General Electric 1965 die Hochdrucknatriumlampe vor. Die HID-Lampenfamilie begann deutlich zu wachsen. Xenonlampen brachen mit dem von Edison erfundenen Prinzip der Wolframfaden-Glühlampe: Hochdruck-Edelgas Xenon wird in Quarz-Bogenröhren anstelle des herkömmlichen Glühfadens eingefüllt, mit Quecksilber und Kohlenstoffverbindungen an den beiden Elektroden. Ein Vorschaltgerät liefert einen Hochspannungsstrom von 23.000 Volt, der das Xenon zur Lichterzeugung anregt.

　　Der Lichtstrom einer Standard-HID-Lampe ist mehr als dreimal so hoch wie der einer gewöhnlichen Lampe, und die Farbtemperatur von HID-Lampen reicht von 3000K bis über 12000K. Die Lichtfarbe um 6000K liegt am nächsten am Mittagssonnenlicht und bietet dem menschlichen Auge die höchste Akzeptanz und den höchsten Komfort. Wird eine solche Beleuchtung für die Nachtbeleuchtung von Fahrzeugen und die Straßenbeleuchtung eingesetzt, verringert sie effektiv die visuelle Ermüdung des Fahrers, und die erhöhte Helligkeit der Fahrzeuglichter erweitert den Sichtbereich vor dem Fahrzeug erheblich – was zu sichereren Fahrbedingungen führt.

　　LED – Die Lichtquelle der vierten Generation

　　Manche weisen darauf hin, dass Hochleistungs-LEDs zu den größten Erfindungen der Menschheitsgeschichte seit Edisons Glühbirne zählen werden.

　　Zu Beginn des 21. Jahrhunderts begann eine neue Hauptfigur auf der Beleuchtungsbühne aufzutauchen: die LED-Lampe.

　　Was ist eine LED? LED steht für Light Emitting Diode, die englische Abkürzung für Leuchtdiode. Tatsächlich erschien sie sehr früh: 1964 wurde die rote Leuchtdiode erstmals vorgestellt, danach folgte die gelbe LED. Erst 1994 wurden blaue und grüne LEDs erfolgreich entwickelt. 1996 entwickelte das japanische Unternehmen Nichia erfolgreich die weiße LED.

　　Mit seinen inhärenten Eigenschaften – wie Energieeffizienz, langer Lebensdauer, Vibrationsfestigkeit, schneller Reaktionszeit und kaltem Licht – wird LED häufig in Anzeigeleuchten, Signallampen, Displays, Landschaftsbeleuchtung und anderen Bereichen eingesetzt und ist in unserem Alltag allgegenwärtig: Haushaltsgeräte, Telefone, Armaturenbrettbeleuchtung, Autoscheinwerfer-Nebelleuchten, Verkehrssignale und mehr.

　　Anfangs konnten LEDs aufgrund von Einschränkungen wie geringer Helligkeit und hohen Kosten nicht als allgemeine Lichtquelle gefördert werden. In den letzten Jahren jedoch wurden mit der Vertiefung der Forschung an Halbleiter-Lumineszenzmaterialien, kontinuierlichen Verbesserungen der LED-Fertigungsprozesse und der Entwicklung und Anwendung neuer Materialien (Nitridkristalle und Leuchtstoffe) bahnbrechende Fortschritte bei ultrahellen LEDs in verschiedenen Farben erzielt. Ihre Lichtausbeute hat sich nahezu um das Tausendfache erhöht, und in Bezug auf die Farbgebung wurden alle Farben des sichtbaren Lichtspektrums erreicht. Am wichtigsten ist, dass das Aufkommen ultraheller weißer LEDs den Anwendungsbereich von LEDs auf den Markt für hocheffiziente Lichtquellen ausgeweitet hat. Es wurde gesagt, dass ultrahelle LEDs eine der größten Erfindungen der Menschheit seit Edisons Erfindung der Glühbirne sein werden.

　　„Im Vergleich zur herkömmlichen Beleuchtung weist die aktuelle LED-Beleuchtung noch viele Mängel auf. Beispielsweise haben LED-Lichtquellen eine hohe Oberflächenhelligkeit, die bei schlechter optischer Konstruktion zu Blendung führen kann; LED-Beleuchtungsprodukte haben eine geringe Austauschbarkeit, da Produkte verschiedener Hersteller nicht austauschbar sind; LED-Beleuchtungsprodukte mangelt es an Standards, und die Prüfmethoden sind noch nicht ausgereift; LED-Beleuchtungsprodukte sind sehr teuer, und ihr Preis-Leistungs-Verhältnis ist noch nicht ideal", erklärte Professor Zhou Taiming von der Fakultät für Lichtquellen und Beleuchtungstechnik der Universität Fudan in seiner Analyse. „Allerdings erzeugt LED-Beleuchtung keine Ultraviolettstrahlung und enthält kein Quecksilber; im Vergleich zur herkömmlichen Beleuchtung ist LED-Beleuchtung umweltfreundlicher und verursacht weniger Lichtverschmutzung."