Licht
Wellenlänge und Frequenz: wie Licht seine Farbe bekommt
Farbe ist kein Zufall: Jede Lichtfarbe gehört zu einer bestimmten Wellenlänge. Das erklärt, warum wir eine LED-Farbe genau in Nanometern beschreiben können, und warum unser Auge die eine Farbe viel heller wahrnimmt als die andere.
Licht bewegt sich in kleinen Wellen, ein bisschen wie Wellen auf dem Wasser. Bei manchen Wellen liegen die Spitzen weit auseinander, bei anderen dicht beieinander.
Der Abstand zwischen zwei Spitzen heißt Wellenlänge. Und diese Wellenlänge bestimmt die Farbe! Rotes Licht hat längere Wellen, blaues Licht hat kürzere Wellen. So weiß dein Auge, welche Farbe es sieht.
Witzigerweise sieht unser Auge gelbgrünes Licht am allerbesten. Deshalb fallen Gelb und Grün besonders gut auf, sogar von Weitem.
Weil sich Licht wie eine Welle verhält, können wir zwei Dinge messen: die Wellenlänge (den Abstand zwischen zwei Wellenspitzen) und die Frequenz (die Anzahl der Wellen, die pro Sekunde einen Punkt passieren). Beide sind umgekehrt proportional: Je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge, und umgekehrt.
Die Wellenlänge beschreibt die Farbe genau
Meist sagen wir „Rot“, „Grün“ oder „Blau“, aber in der LED-Welt ist eine präzisere Sprache nötig. Dafür verwenden wir die Wellenlänge in Nanometern (nm). Rote LEDs, die in Außenbildschirmen eingesetzt werden, liegen zum Beispiel um 625 nm. Das menschliche Auge sieht Wellenlängen zwischen etwa 400 und 700 nm.
Nicht jede Farbe wirkt gleich hell
In einer gut beleuchteten Umgebung ist das Auge am empfindlichsten für Licht um 555 nm (gelbgrün) und viel weniger empfindlich für tiefes Rot und Blau. Bei gleicher Energie wirkt gelbgrünes Licht daher heller. Genau deshalb sind Warnschutzkleidung und viele Warnbildschirme gelbgrün, und deshalb spielt das bei der Auslegung eines lesbaren Bildschirms eine Rolle.
Für elektromagnetische Strahlung gilt c = λ·ν, mit c der Lichtgeschwindigkeit. Wellenlänge und Frequenz sind also bei konstantem c zueinander invers. Für sichtbares Licht ist die Wellenlänge (nm) die übliche Beschreibung; die dominante Wellenlänge bestimmt den wahrgenommenen Farbton. Die Farbwahrnehmung selbst hängt jedoch von mehr ab als nur der Wellenlänge: Auch Farbton (Hue), Sättigung und Helligkeit spielen mit.
Die Augenempfindlichkeit V(λ)
Die spektrale Empfindlichkeit des Auges bei Tageslicht wird durch die photopische Hellempfindlichkeitsfunktion V(λ) beschrieben, mit einem Maximum bei 555 nm. Diese Funktion bildet die Brücke zwischen Radiometrie (physikalischer Energie) und Fotometrie (wahrgenommener Helligkeit): Zwei Lichtquellen mit gleicher Strahlungsenergie, aber unterschiedlicher Wellenlänge liefern einen unterschiedlichen Lichtstrom in Lumen.
Folge für die Farbe von LED-Displays
Weil eine LED schmalbandig um eine dominante Wellenlänge strahlt, sind LED-Primärfarben stark gesättigt. Das Mischen von Rot, Grün und Blau (additive Farbmischung) liefert einen breiten Farbumfang (Gamut). Die Wahl der genauen Wellenlängen der R-, G- und B-Chips bestimmt die Größe dieses Farbumfangs und den Weißabgleich des Bildschirms mit.