Schon klar, wir benötigen Licht, um sehen zu können. Wir brauchen das Licht aber auch, um gute Laune zu bekommen und zu behalten. Ohne Licht, natürliches oder künstliches, tappten wir hilflos im Dunklen umher. Wir wären nicht überlebensfähig.

Aber was ist eigentlich Licht, naturwissenschaftlich gesehen? Damit hat sich die Forschung seit Jahrhunderten befasst. Heute wissen wir, dass Licht jener Teil der elektromagnetischen Strahlung ist, den wir sehen können. Die elektromagnetische Strahlung besteht aus Quanten. Das sind schwingende Energieeinheiten, die eine Lichtquelle aussendet. Je weiter eine Lichtquelle entfernt ist, desto mehr Zeit benötigen die Quanten, um unser Auge zu erreichen. Da die Lichtgeschwindigkeit jedoch außerordentlich hoch ist, spielt das für unser Alltagsleben keine Rolle.

Wir können nicht alle Strahlen, die ausgesendet werden, sehen. Das trifft beispielsweise auf Gammastrahlen, Infrarotstahlen, Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlen zu. Die Lichtquelle sendet ihre Strahlen in verschieden langen Wellen aus. Wir nehmen sie, soweit wir sie sehen können, als unterschiedliche Farben wahr. Im kontinuierlichen Übergang zu immer längeren Wellen erkennen wir vom Blau, Grün und Orange bis hin zum Rot.

Seit 1850 wissen wir mit dem französische Physiker Leon Foucault, nachdem er die „Drehspiegelmethode“ entwickelt hatte, wie schnell sich das Licht im Raum ausbreitet. Das sind 2,98 mal 10 hoch 8 Meter in der Sekunde. Meistens begnügen wir uns in unseren Berechnungen mit Annäherung für die Lichtgeschwindigkeit, die immer noch ziemlich genau ist. Das sind 3 mal 10 hoch 8 Metern oder auch 300.000 Meter in der Sekunde.

Das Licht benötigt also vom Mond bis zu unserem Auge gerade mal 1,3 Sekunden. Von unserer Sonne bis zur Erde ist das Licht hingegen 8,33 Minuten und von der Sonne „Alpha“ im Sternbild des Zentaurus sogar 4,3 Jahre unterwegs. Sollte also „Alpha“ zu einer Supernova explodieren, erfahren Sie dies frühestens fast ein halbes Jahrzehnt später, vorausgesetzt, Sie haben Ihr Teleskop richtig ausgerichtet.

Licht macht uns wie die meisten anderen Spezies auf unseren Planeten erst überlebensfähig. Seit es uns gibt, waren wir fast immer ausschließlich von der Sonne abhängig, da es zunächst kaum eine andere, jedenfalls keine gleichwertige Lichtquelle gab. Sonnenaufgang und Sonnenuntergang bestimmten unseren Lebensrhythmus.

Als der Mensch lernte, Feuer zu schlagen, machte er sich davon ein klein wenig unabhängig. Seit den Tagen Foucaults haben wir das elektrische Licht.

Aber immer noch sind wir in einem bedeutenden Maße vom Sonnenlicht abhängig. Millionen deutscher Touristen, die Jahr für Jahr an das Mittelmeer pilgern, sind dafür ein Indiz. Merke: Der Mensch ist ein Wesen für das Tageslicht geblieben. 100.000 Lux in der Sommersonne und 20.000 Lux an wolkenverhängten Tagen, die gönnen wir ihm.

Vor wenigen Jahren wurde der dritte Fotorezeptor im Auge bestimmt. Damit wurde die langgehegte Vermutung nachgewiesen, dass das Licht uns beziehungsweise unserer biologischen Uhr den Takt vorgibt.

Haben wir gut geschlafen? Fühlen wir uns fit? Sind wir bereit, die Welt zu erobern? Das bestimmt unsere biologische Uhr.

Diese Uhr wurde von uns in einem langen evolutionären Prozess erworben und gehört zu unserem genetischen Erbe. Sie organisiert unsere Zeit in Prozessen ständiger Wiederkehr. Sie sagt uns, wann wir zu Bett gehen und aufstehen sollen. Sie gestaltet unsere Atmung, den Herzschlag, den Blutdruck und unsere Stimmung mit. Für alle körperlichen Prozesse, die auf einer biochemischen Basis ablaufen, gibt es zyklisch wiederkehrende individuelle maximale und minimale Werte.

Die Disziplin der Chronobiologie unterscheidet zwischen drei verschieden langen Zyklen, die die Körperfunktionen des Menschen in der Zeit organisieren: Ultradiane Rhythmen, die einen Zyklus über wenige Stunden bilden, bestimmen die Wach- und Schlafphasen von Säuglingen und die Zeit, wann sie hungrig geworden sind.  Circadiane Rhythmen würden dem Menschen sagen, wann Tag und Nacht ist, selbst wenn er sich auf Dauer in einem dunklen Keller befände. Infradiane Rhythmen beziehen sich auf längere Zeiträume wie die Jahreszeiten.

Unsere innere Uhr funktioniert im Allgemeinen recht gut. Doch kann sie aus dem Takt geraten, beispielsweise wenn die Zufuhr von Licht eingeschränkt wird. Das ist der Grund dafür, dass sich in den dunklen Wintermonaten Depressionen und Todesfälle häufen. Ein leichteres „Aus dem Takt kommen“ unserer inneren Uhr kann dazu führen, dass wir schlecht schlafen, zu nichts Lust haben oder scheinbar ohne Anlass „sauer“ sind.

Nehmen wir an, unsere biologische Uhr sei aus dem Takt gekommen. Lässt sie sich durch eigene Anstrengungen wieder eintakten? Aber ja, dafür haben wir gute Chancen, nämlich durch eine größere beziehungsweise durch eine besser gestaltete Lichtzufuhr, in schwereren Fällen auch durch Lichttherapie.

Es tut uns zunächst einmal gut, wenn wir uns in den Sonnenschein begeben. Für die Fälle, da dies nicht möglich ist, beispielsweise zu Hause, in unseren Bildungseinrichtungen oder in vielen unserer beruflichen Tätigkeiten, haben wir das künstliche Licht.

Macht Licht uns glücklich? Es steigert auf jeden Fall mit hoher Wahrscheinlichkeit unsere Lebensqualität.

Müssen wir demnach nur eine Lampe einschalten, um glücklich zu werden? Selbstverständlich nicht. Etwas komplizierter müssen wir schon vorgehen. Was sollten wir wissen, damit uns das Licht glücklicher machen kann? Beginnen wir mit den Eigenschaften des Lichts. Licht wird in verschiedenen Farbtönen oder „Temperaturen“ abgegeben. Diese werden in Kelvin gemessen.

Lichtfarben, bei denen wir uns wohl fühlen, nennen wir die „wärmeren Farben“. Wir befinden uns hier in einem Bereich zwischen 2.000 und 3.300 Kelvin. Diese werden von warmweißen Lampen gespendet. Bürolicht, wir sprechen jetzt von „neutralen Farben“ und von neutralweißen Lampen als Lichtquelle, werden zwischen 3.300 und 5.300 Kelvin gemessen. Was darüber hinausgeht, wird von tageslichtweißen Leuchten gespendet. Wir finden sie in Produktionsstätten und in manchen Verkaufsstellen.

Eine erste zentrale Regel für die Auswahl der richtigen Beleuchtung lautet: Wir müssen wissen, welche Temperaturen wir benötigen.

Das können warmweiße Lampen für den häuslichen Herd sein. Jetzt wissen wir auch, warum wir uns beim Kerzenschimmer in der Adventszeit so wohlig fühlen. Das können neutralweiße Lampen für die Arbeit am Schreibtisch sein. Denn wenn wir beruflich tätig sind, wollen wir uns auf unsere Arbeit konzentrieren und auch vom Licht möglichst wenig abgelenkt werden. Tageslichtweiße Lampen sollte man einsetzen, wenn starke Kontraste wie bei der Beleuchtung von Hauswänden gewünscht werden.

Und natürlich muss man sich nicht auf eine Farbtemperatur beschränken. Durch eine ansprechende Kombination verschiedener Temperaturen wird die gesundheitsfördernde Lichtkonstruktion zu einem zusätzlichen ästhetischen Erlebnis, wenn nicht zu einem Kunstwerk gestaltet.

So können Sie ganz nach Ihrem Geschmack eine unterschiedliche Beleuchtung für die verschiedenen Teile Ihres Hauses wählen (Wohnzimmer, Arbeitszimmer, Schlafzimmer, Kinderzimmer, Außenbereich einschließlich Garage und Gartenhaus). Setzen Sie neutralweißes Licht in einen ansonsten warmweiß gestalteten Raum ein und Sie werden womöglich sehr positiv überrascht sein.

Lichttemperatur ist wichtig, aber beileibe nicht alles. Die richtige Farbwiedergabe sollte bei der Gestaltung einer angemessenen Beleuchtung für Sie hinzukommen.

Wir sehen unsere Außenwelt nicht so, wie sie „objektiv“ ist, wenn wir das Licht eingeschaltet haben. Wir können die Gegenstände in unserer Welt völlig anders sehen, auch wenn zwei Lichtquellen, die wir ins Auge fassen, gleich warm sind. Vielmehr hängen die Farben der Gegenstände, auf die wir unsere Augen richten, von den folgenden Größen ab:

• von der spektralen Zusammensetzung des auf einen Gegenstand auftreffenden Lichts, also beispielsweise wie viele Rotelemente dieses Licht enthält
• wie die Gegenstände das Licht reflektieren
• wie unser Auge diese Eindrücke verarbeitet

Enthält also beispielsweise das Licht, das auf einen roten Gegenstand trifft, über keine Rotanteile, so wird kein rotes Licht reflektiert und nehmen wir die rote Farbe des Gegenstandes nicht wahr.

Wenn wir uns eine gute Farbwiedergabe wünschen, sollte das Spektrum einer Lichtquelle möglichst gleichmäßig verteilt sein.

Um die Farbwiedergabe einer Lichtquelle messen zu können, wurde CRI. der Index zur Farbwiedergabe, oder der Color Rendering Index entwickelt. Dabei wurde als Bezugspunkt das Farbspektrum der Sonne genommen, die wie alle „Heißstrahler“ ein sehr weitgehend gleichmäßig verteiltes Farbspektrum besitzt.

Um den CRI-Wert zu bestimmen, wird in der täglichen Praxis von den 14 Testfarben nach dem Standard DIN 6169 ausgegangen. Dabei beschränkt man sich meistens auf nur acht dieser Farben. Das sind Altrosa, Senfgelb, Hellgrün, Türkisblau, Himmelblau, Asterviolett und Fliederviolett. Für spezielle Anwendungen mögen die sechs weiteren Testfarben dazu genommen werden, also gesättigtes Rot, Gelb, Grün, Blau, das hautfarbene Rosa sowie Blattgrün.

Das reflektierende Licht wird mit einem Spektroradiometer gemessen und mit der Referenzlichtquelle verglichen. Über eine Messung der acht Testfarben kommen wir zu acht Farbwiedergabewerten. Dies liegen zwischen den Werten 0 und 100. Wir berechnen den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra, indem wir aus den Werten von R1 bis R8 die arithmetische Mitte bilden.

Würden alle diese Werte auf 100 kommen, so betrüge der allgemeine Farbwiedergabeindex gleichfalls 100. Dieser Wert wäre grundsätzlich anzustreben, wenn Kostengesichtspunkte keine Rolle spielen.

Glühlampen und andere Heißstrahler kommen auf einen Wert nahe 100. Dagegen kann der CRI-Wert bei Natriumdampflampen auf 18 sinken.

Bei LEDs lässt sich der CRI-Wert durch Auswahl der Halbleiter und Phospor-Beschichtungen weitgehend gestalten. Für Hallen werden CRI-Werte höher als 70 angestrebt. Für Büros sind höhere Werte als 85 erwünscht. Für Verkaufsstellen steigt der anzustrebende Wert auf höher als 95, da man sich hier eine möglichst tageslichtähnliche Farbwiedergabe wünscht.

Man unterscheidet für die verschiedenen Anwendungsfälle auch zwischen tageslichtweißen und warmweißen LEDs.

Standards sind gut, da sie eine bessere Vergleichbarkeit zwischen mehreren Lösungen sowie eine bessere Planung ermöglichen – solange man weiß, dass auch Standards ihre Grenzen haben. Beim CRI kann das Farbspektrum einer Lichtquelle unglücklich zu den acht Testfarben liegen. Dann gibt uns der CRI-Wert womöglich ein wundervoll gestaltetes Lichtsystem an, während wir die Farbwiedergabe als wenig zufriedenstellend empfinden.

Die Gestaltung von Lichtsystemen hat nicht nur technische, sondern auch ethische und gesetzliche Grenzen. In der Arbeitsstättenrichtlinie werden Mindestanforderungen genannt, welche CRI-Werte also für verschiedene Arbeitsstätten gerade noch zulässig sind (DIN 12464).

Sie wissen, dass Sie nicht in die Sonne schauen dürfen. Aber Sie können auch von künstlicher Beleuchtung oder spiegelnden Flächen geblendet werden. Zur Blendung in geschlossenen Räumen mag es kommen, wenn die Lichtquellen zu stark sind oder wenn Leuchten in einem Raum sehr unterschiedlich stark sind. Menschen nehmen Blendungen verschieden stark wahr, so dass zwischen physiologischer und psychologischer Blendung unterschieden wird.

Blendungen sind immer unangenehm. Sie können zu Kopfschmerzen und weiteren Beeinträchtigungen führen. Wer ein falsches Beleuchtungssystem eingeführt hat, geht die Risiken niedriger Arbeitsproduktivität und nachhaltiger Störungen in den Arbeitsabläufen ein.

Um das Maß an Blendung durch ein Lichtsystem oder in Räumen beurteilen zu können, wurde neben anderen Systemen das in Europa führende Unified Glare Rating (UGR) entwickelt. Die Arbeitsstättenrichtlinie bedient sich dieses Verfahrens und gibt die zulässigen Höchstwerte für verschiedene Arbeitsstätten an.

UGR-Werte liegen zwischen 10 und 30. 10 bedeutet „keine bewusst wahrgenommene Blendung“, 30 „sehr stark wahrgenommene Blendung“. Da die Berechnung eines UGR-Wertes aufwendig ist, wurden Lichtberechnungsprogramme erstellt, die die UGR-Werte nach Eingabe der entsprechenden Parameter ausrechnen. Einige Anbieter geben die Blendwerte ihrer Angebote in ihren Produktdokumentationen an.

Bei der industriellen Fertigung von LEDs weicht das eine LED nach Farbtemperatur, Farbe und Lichtstrom von dem anderen ab. Das gilt auch innerhalb kleiner Produktchargen. Das menschliche Auge kann hier noch kleinste Unterschiede identifizieren, beispielsweise ab zwei nm bei Grün- und ab zehn nm bei Rottönen. Je größer diese Unterschiede sind, desto mehr werden sie vom Menschen als störend empfunden.

Binning heißt der Prozess, in dem möglichst ähnliche LEDs in Behälter (englisch „bins“) sortiert werden. Je weniger sich die LEDs voneinander unterscheiden, desto höher ihr Preis, da sich der Binningprozess dann aufwendiger gestaltet.

Die Internationale Beleuchtungskommission CIE hat Definitionen von Farbwerten festgelegt und zur Messung von Farben das CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm entwickelt. Es bezieht sich auf Farben, die das menschliche Auge sehen kann.  Die ANSI-Norm, die vom American National Standards Institute entwickelt wurde, gibt auf der Farbskala des CE-1931-Duiagramms an, welche Farbwerte eines LEDs innerhalb eines Bins erlaubt sind.

Wenn ein Mitarbeiter am Computer arbeitet oder längere Printtexte liest, wie leicht fällt ihm das? Wie schnell löst er seine Aufgaben? Inwieweit können wir uns darauf verlassen, dass er seine Aufgaben richtig löst? Das hängt unter anderem von der Beleuchtungsstärke und der Helligkeitsverteilung ab.

Die Sehleistung wird vor allem durch zwei Größen, die Beleuchtungsstärke und der Helligkeitsverteilung, bestimmt. Mit der Beleuchtungsstärke messen wir den Lichtstrom, der auf eine Fläche trifft. Den Lichtstrom messen wir in Lumen, abgekürzt lm. Es wurde festgelegt, dass die Beleuchtungsstärke ein Lux beträgt, wenn ein Lichtstrom von einem Lumen einen Quadratmeter gleichmäßig ausleuchtet.

Da ein weißer Raum das Licht besser als ein dunkler Raum reflektiert, wirkt er heller als ein dunkler Raum. Je weniger ein Raum reflektiert wird und je schwieriger eine Sehaufgabe ist, desto höher sollte die Beleuchtungsstärke sein.

Auch hier ist gesetzlich geregelt, welche Beleuchtungsstärken mindestens einzuhalten sind. Das sind hundert Lux auf Verkehrswegen, 500 Lux für die Arbeit im Büro und 100.000 Lux am Operationstisch in der Chirurgie.

Lichtquellen und Räume können verschmutzt werden und altern mit der Zeit. Damit steigt das Risiko, dass die Mindestwerte in der Beleuchtungsstärke unterschritten werden. Mit Hilfe einer regelmäßigen Wartung lässt sich sicherstellen, dass die Beleuchtungsstärke normenkonform bleibt.