Licht
Das elektromagnetische Spektrum: woher das sichtbare Licht kommt
Das Licht, das ein LED-Bildschirm abstrahlt, ist eine Form elektromagnetischer Strahlung, genau wie Radiowellen oder Röntgenstrahlen. Dennoch sehen unsere Augen nur einen hauchdünnen Ausschnitt dieses gesamten Spektrums. Hier erfährst du, welchen, und warum.
Alles, was wir „Licht“ nennen, ist eine Art Welle: eine Schwingung, die sich durch den Raum bewegt. Es gibt sehr viele Arten solcher Wellen. Manche nutzen wir, um Radio zu hören, andere, um Essen in der Mikrowelle aufzuwärmen, und wieder andere benutzt der Arzt, um ein Bild deiner Knochen zu machen.
Unsere Augen können nur eine ganz kleine Gruppe dieser Wellen sehen. Das nennen wir sichtbares Licht. Alle Farben, die du kennst, von Rot bis Violett, befinden sich in dieser kleinen Gruppe. Die übrigen Wellen sind zwar da, aber wir können sie einfach nicht sehen.
Ein LED-Bildschirm erzeugt genau diese sichtbaren Wellen, in den richtigen Farben, damit du ein Bild siehst.
Licht ist elektromagnetische Strahlung: eine Welle aus einem elektrischen und einem magnetischen Feld, die zusammen durch den Raum reisen. Das gesamte elektromagnetische Spektrum ordnet all diese Strahlung von langer zu kurzer Wellenlänge. Im 17. Jahrhundert zeigte Isaac Newton mit einem Prisma, dass sich weißes Licht in die einzelnen Farben des sichtbaren Spektrums zerlegt.
Von Radiowellen bis Gammastrahlung
Von langer zu kurzer Wellenlänge geordnet, folgen nacheinander: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung. Sichtbares Licht ist darin nur ein schmales Band zwischen etwa 380 und 700 Nanometern (ein Nanometer = ein Milliardstel Meter). Darunter und darüber setzt sich die Strahlung einfach fort, aber unsere Augen reagieren nicht darauf.
Warum das für einen Bildschirm zählt
Eine LED wandelt elektrische Energie in Strahlung einer bestimmten Wellenlänge um, und damit in eine bestimmte Farbe. Durch die Kombination von roten, grünen und blauen LEDs entsteht jede Farbe, die der Bildschirm zeigt. Infrarot (Wärme) und Ultraviolett liegen außerhalb dessen, was wir sehen; eine gut konstruierte LED steckt ihre Energie so weit wie möglich in das sichtbare Band.
Elektromagnetische Strahlung breitet sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit c ≈ 3 × 10⁸ m/s aus. Wellenlänge (λ) und Frequenz (ν) hängen über c = λ·ν zusammen, und die Energie pro Photon über E = h·ν (mit h dem Planckschen Wirkungsquantum). Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Frequenz und die Photonenenergie.
Das sichtbare Band im Kontext
Das sichtbare Band (≈ 380–700 nm) ist, logarithmisch betrachtet, winzig im Vergleich zum gesamten Spektrum, das von kilometerlangen Radiowellen bis zu pikometerkurzer Gammastrahlung reicht.
| Bereich | Wellenlänge (Größenordnung) |
|---|---|
| Radiowellen | > 1 m |
| Mikrowellen | 1 mm – 1 m |
| Infrarot | 700 nm – 1 mm |
| Sichtbares Licht | 380 – 700 nm |
| Ultraviolett | 10 – 380 nm |
| Röntgenstrahlung | 0,01 – 10 nm |
| Gammastrahlung | < 0,01 nm |
Schmalbandige Emission von LEDs
Im Gegensatz zu einer Glühlampe, die ein breites kontinuierliches Spektrum abstrahlt und viel Energie als Infrarot (Wärme) verliert, sendet eine LED schmalbandiges Licht um eine dominante Wellenlänge aus (spektrale Halbwertsbreite typischerweise einige Dutzend nm). Das macht LED-Farben gesättigt und energieeffizient: Nahezu die gesamte abgestrahlte Energie fällt in das sichtbare Band. Weiße LEDs erreichen Weiß, indem sie einen blauen Chip mit einem gelben Phosphor kombinieren oder rote, grüne und blaue Chips zusammenmischen.