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LED Technologie und Produktion INELTEC 2011 Lichttag 15. September 2011 A. Studerus
Die Lichtwelt im Umbruch ,[object Object],[object Object],[object Object]
Die Technologien im Wettstreit ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Die Technologien im Wettstreit ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
LED ist schon bald die effizienteste Technologie Incandescent Mercury 1950 CFL Halogen Metal halide Fluorescent 1879 1904 1981 1959 1938 1961 100 50 Light source efficiency [Lumen/Watt] 150 2011 1996 1990 2020 LED 2008 vs. 170 2006 2005 2002 155-170 Solid State Lighting 180…210 2010 Standard light sources 120 85-100 35-55
LED-Technologie der Zukunft Marker Light Corporate Lighting Wellness Lighting General Lighting 2010 2003 2006 60-100 lm/W 20-50 lm/W with night vision Architectural lighting Fakten: Helligkeit von Weiss  verdoppelt sich  alle 24 Monate !!!! 100-140 lm/W 5-10 lm/W 40-80 lm/W 2008
Das Ende des Rennens ist absehbar Source: DoE Report “Solid-State Lighting Research and Development” (Mar-2009) ~ 230 lm/W for cool white ~ 160 lm/W for warm white Das wirtschaftliche Maximum der Effizient wird in dieser Dekade erreicht. Effizienz in jedem Schritt der Produktion wird entscheidend. ,[object Object],[object Object]
LED - es führt kein Weg daran vorbei! ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],LED generiert enormes Zusatzgeschäft durch neue Anwendungen aufgrund ihre Vielfalt an technologische Möglichkeiten
Was bedeutet dies für die traditionellen Technologien? Glühlampen bye bye Halogenglühlampen heisse Liebe Kompaktleuchtstofflampen in Bedrängnis
Was bedeutet dies für die traditionellen Technologien? Leuchtstofflampen Nicht zu unterschätzen Metalldampflampen Vorerst unerreicht Natrium-Hochdrucklampen Ungeliebt aber schwer zu schlagen
Was sind die Treiber für die Revolution ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Die Bremser der Revolution ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Preis - Wafergrösse 6-inch 4-inch
Wafergrösse – Zunehmende Produktions-Effizienz Source: (1) CLSA 2010, (2) Yole 2010, (3) IMEC, OSRAM Opto  ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Grössere Wafer und der Ersatz des teuren Sapphire kann eine deutliche Kostenersparnis auslösen Development of wafer diameter  Source: Yole “Sapphire Market 2010” Report
Jeder Schritt bietet Optimierungspotential Substrates Epitaxy Chip Processing Packaging
Technologische Konpetenz ist entscheidend Conversion chip phosphor single chip device + + … .bestimmt die Effizienz der Konversion Epitaxy Valence Band Conduction Band Photons … .bestimmt die interne Effizienz Chip Design … .bestimmt die Lichtauskopplung Package Design … .bestimmt die Lichtverteilung
Zukünftige Optimierung: Qualität Noch einige Schritt möglich – in jedem Aspekt ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Was sind die Hindernisse für die Revolution ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Der Weg zu LED ist nicht einfach… ,[object Object],[object Object],LED ist alles andere als konventionelle Technologie des Lichtes, verlangt andere Kompetenzen und Vorgehen LED Leuchten LED chip + packaging + Optik + Electronic + Kühlkörper + Gehäuse =
Das Marktwachstum wird noch einige Jahre anhalten Kurzfristig wird der Markt durch TV-Backlighting dominiert. Langfristig wird der Markt durch Beleuchtung wachsen Source: Reports “High-brightness LED market” (Strategies Unlimited, June 2010)
Weitere Anwendungen im Auto ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Rear Combination  Light Dashboard Automotive Sensing Infrared  Night-Vision System Interior / Mood Lighting Daytime Running Light Infrared  Distance Control Interior Safety Systems Full LED Headlamp
Weitere Anwendungen in der Beleuchtung ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Marker Light Streetlighting Tunnel Lighting Office Lighting Conference Rooms Shop Lighting Outdoor Lighting Horticultural Lighting Architectural Effects
Weitere Anwendungen in den Consumer Applications  ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],LED and Laser Projection Proximity Sensing Small LCD Backlights Large Area LCD Backlights Medium Backlights Flashlight Key Pad Lighting Ambient Light Sensor 3D-TV
Die SSL Welt Retrofit Consumer Leuchten Lightengines Power Chips LED Leuchten
Retrofit ,[object Object],[object Object],[object Object]
Lightengines ,[object Object],[object Object],[object Object]
Leuchten ,[object Object],[object Object],[object Object]
[object Object],[object Object]
Film H
Trends in der Lichtindustrie + Ästhetik Von Glühlampe zum energieeffizientem Licht  Von klassischer Technologie zu LED & OLED  Von Komponenten zu Lösungen
OLED: Perfekte Ergänzung zu LED LED  Hohe Helligkeit   PUNKT  Lichtquelle Sich ergänzende   Eigenschaften OLED 2-dimensionale  Flächen   Lichtquelle
Was ist OLED? OLED Display Perfekte Kombination aus Lichtquelle, Ästhetik und Design OLED Lighting Neue Design Möglichkeiten Instant on und hoch qualitatives Flächenlicht Ultradünnes Glas  (1,8 mm) in jeder Form Pure Ästhetik im ein- und ausgeschaltetem Zustand
Aufbau einer OLED O rganic  L ight  E mitting  D iode Schichten aus organischem Material zwischen zwei Glasplatten Kathode  (z.B. Aluminium) Anode (ITO*) Substrat (Glas) Verkapselung organische Schichten DC (typ. 3…4V) – + d ~500 n m Licht Design & Ästhetik Dünn, flach und leicht Diffus, spiegelnd oder transparent *ITO: Indium Tin Oxide
Herausragende Eigenschaften von OLED ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Sehr breites  Weiß-Spektrum 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 380 480 580 680 780 Wavelength (nm) Normalized Radiance (a. u.)
ORBEOS ®  CDW-031 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
OSRAM ORBEOS ®  RMW-046 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
ORBEOS ®  RMW-046 Nahtlose Integration der  reflektierenden OLED in  Badezimmer Spiegeln Quelle: COMBOLED  OLED Design Contest durch OSRAM  and PPML “ Early Future” – OLED Tisch Leuchte  Designer: Ingo Maurer Technologie: OSRAM
Transparente OLED ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Transparente OLEDs eröffnen vollkommen neue Möglichkeiten  für Applikationen und Design
Transparente OLED Licht aus dem Nichts. OLED Glas Panels  mit doppelseitiger Lichtemission @ Light & Building 2010
Technologische Reife “ Weißes” Volumengeschäft F&E Übergang in Volumen Markteintritt LED “ Classic”  OLED
Effizienz verschiedener Lichttechniken Glühlampe Quecksilber 1950 Energiespar-lampen Halogen Metalldampf Leuchtstoff 1879 1904 1981 1959 1938 1961 100 50 Lichtquelleneffizienz [Lumen/Watt] 150 2010 1996 1990 2020 LED OLED 2008 vs. 170 2006 2005 2002 Solid State Lighting 180…210 2010 Standardlicht- quellen 155-170 120 85-100 35-55
Neueste OLED F&E Ergebnisse 87 Lumen / Watt   gemessen im OSRAM Labor
OLED Kostenentwicklung 2013 2015 1968 1978 1988 1998 2008 Jahr Lichtstrom / Produkt [lm] Kosten / Lumen [$] + 30 x (Erhöhung)/    Jahrzehnt - 10 x (Reduzierung)/  Jahrzehnt 10  -3 10  3 10  0 10  3 10  -3 10  0 Rückblick auf LED Geschichte Prognose von  Lumenkosten vs. Zeit für OLED ,[object Object],[object Object],[object Object],Years 0,1 1 10 100 1000 2009 2011 2017 2019 OLED Lumen Kosten (Log-Skala)
OLED und LED: Potenzial um alle anderen Lichtquellen zu übertreffen Riesiges Energie-einsparungspotenzial Rapider Anstieg der Leistungsfähigkeit in SSL Technologien Wirksamkeit OLED  (R&D) Leuchtstofflampen Glühlampen Halogen LED  (Prod)
OLED in der Zukunft (2015): Flexible Lichtquellen Prognose für 2015 ff.: >50 lm/W, >20,000 h (L70) Ultradünne Stahl- oder Kunststofflichtquelle in jeder Form Flexible (spiegelnd oder transparent) Biegbar bis zu einem Radius von 5 cm
…… . und damit kann gesagt werden….. ,[object Object],Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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  • 5. LED ist schon bald die effizienteste Technologie Incandescent Mercury 1950 CFL Halogen Metal halide Fluorescent 1879 1904 1981 1959 1938 1961 100 50 Light source efficiency [Lumen/Watt] 150 2011 1996 1990 2020 LED 2008 vs. 170 2006 2005 2002 155-170 Solid State Lighting 180…210 2010 Standard light sources 120 85-100 35-55
  • 6. LED-Technologie der Zukunft Marker Light Corporate Lighting Wellness Lighting General Lighting 2010 2003 2006 60-100 lm/W 20-50 lm/W with night vision Architectural lighting Fakten: Helligkeit von Weiss verdoppelt sich alle 24 Monate !!!! 100-140 lm/W 5-10 lm/W 40-80 lm/W 2008
  • 7.
  • 8.
  • 9. Was bedeutet dies für die traditionellen Technologien? Glühlampen bye bye Halogenglühlampen heisse Liebe Kompaktleuchtstofflampen in Bedrängnis
  • 10. Was bedeutet dies für die traditionellen Technologien? Leuchtstofflampen Nicht zu unterschätzen Metalldampflampen Vorerst unerreicht Natrium-Hochdrucklampen Ungeliebt aber schwer zu schlagen
  • 11.
  • 12.
  • 13. Preis - Wafergrösse 6-inch 4-inch
  • 14.
  • 15. Jeder Schritt bietet Optimierungspotential Substrates Epitaxy Chip Processing Packaging
  • 16. Technologische Konpetenz ist entscheidend Conversion chip phosphor single chip device + + … .bestimmt die Effizienz der Konversion Epitaxy Valence Band Conduction Band Photons … .bestimmt die interne Effizienz Chip Design … .bestimmt die Lichtauskopplung Package Design … .bestimmt die Lichtverteilung
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  • 20. Das Marktwachstum wird noch einige Jahre anhalten Kurzfristig wird der Markt durch TV-Backlighting dominiert. Langfristig wird der Markt durch Beleuchtung wachsen Source: Reports “High-brightness LED market” (Strategies Unlimited, June 2010)
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  • 24. Die SSL Welt Retrofit Consumer Leuchten Lightengines Power Chips LED Leuchten
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  • 30. Trends in der Lichtindustrie + Ästhetik Von Glühlampe zum energieeffizientem Licht Von klassischer Technologie zu LED & OLED Von Komponenten zu Lösungen
  • 31. OLED: Perfekte Ergänzung zu LED LED Hohe Helligkeit PUNKT Lichtquelle Sich ergänzende Eigenschaften OLED 2-dimensionale Flächen Lichtquelle
  • 32. Was ist OLED? OLED Display Perfekte Kombination aus Lichtquelle, Ästhetik und Design OLED Lighting Neue Design Möglichkeiten Instant on und hoch qualitatives Flächenlicht Ultradünnes Glas (1,8 mm) in jeder Form Pure Ästhetik im ein- und ausgeschaltetem Zustand
  • 33. Aufbau einer OLED O rganic L ight E mitting D iode Schichten aus organischem Material zwischen zwei Glasplatten Kathode (z.B. Aluminium) Anode (ITO*) Substrat (Glas) Verkapselung organische Schichten DC (typ. 3…4V) – + d ~500 n m Licht Design & Ästhetik Dünn, flach und leicht Diffus, spiegelnd oder transparent *ITO: Indium Tin Oxide
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  • 37. ORBEOS ® RMW-046 Nahtlose Integration der reflektierenden OLED in Badezimmer Spiegeln Quelle: COMBOLED OLED Design Contest durch OSRAM and PPML “ Early Future” – OLED Tisch Leuchte Designer: Ingo Maurer Technologie: OSRAM
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  • 39. Transparente OLED Licht aus dem Nichts. OLED Glas Panels mit doppelseitiger Lichtemission @ Light & Building 2010
  • 40. Technologische Reife “ Weißes” Volumengeschäft F&E Übergang in Volumen Markteintritt LED “ Classic” OLED
  • 41. Effizienz verschiedener Lichttechniken Glühlampe Quecksilber 1950 Energiespar-lampen Halogen Metalldampf Leuchtstoff 1879 1904 1981 1959 1938 1961 100 50 Lichtquelleneffizienz [Lumen/Watt] 150 2010 1996 1990 2020 LED OLED 2008 vs. 170 2006 2005 2002 Solid State Lighting 180…210 2010 Standardlicht- quellen 155-170 120 85-100 35-55
  • 42. Neueste OLED F&E Ergebnisse 87 Lumen / Watt gemessen im OSRAM Labor
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  • 44. OLED und LED: Potenzial um alle anderen Lichtquellen zu übertreffen Riesiges Energie-einsparungspotenzial Rapider Anstieg der Leistungsfähigkeit in SSL Technologien Wirksamkeit OLED (R&D) Leuchtstofflampen Glühlampen Halogen LED (Prod)
  • 45. OLED in der Zukunft (2015): Flexible Lichtquellen Prognose für 2015 ff.: >50 lm/W, >20,000 h (L70) Ultradünne Stahl- oder Kunststofflichtquelle in jeder Form Flexible (spiegelnd oder transparent) Biegbar bis zu einem Radius von 5 cm
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Hinweis der Redaktion

  1. OLED sind mehr als die neueste Lichtquelle  Sie generieren eine völlig neue Lichterfahrung und öffnen Designmöglichkeiten, welche nicht mit anderen Lichtquellen realisiert werden können.
  2. ITO: Metalllegierung aus Indium und Zinn
  3. Transparent OLEDs open up completely new opportunities regarding design and application!
  4. OLED R&D … Market entry in sight Disruptive Flat light innovation “ Light where it has never been before” LED Transitioning into growth phase Tremendous improvements (performance, cost, quality of light etc.) also driven by other mega LED opportunities SSL value chain gets rapidly stronger Proven benefits & increased SSL awareness from first lighting applications (architainment, street lighting, shop, decorative) Economics start to work – TCO break-even reached in a number of applications “ Classic” Established value chain & know-how (up to end user) Very large installed base & infrastructure Product evolution: brilliance & performance $/lm Volume availability
  5. Neuer Rekord im OSRAM Labor im Juni gemessen: 87lm/W Technologie ist sehr nah an Endprodukten  warum: Keine Auskoppellinsen, kein Gelbweiß und keine 1mm Pixel ohne Lebensdauer Keine sichtbaren Elektroden Homogenes Licht aus jedem Blickwinkel Extrem flach durch Dünnfilmtechnologie keine störenden Pads auf der Rückseite
  6. diese Punkte sollen darstellen, was sich alles verbessert hat, wenn ich richtit verstehe? Aber irgendwie versteh ich’s wohl doch nicht ;-) Die Folie kann ich Dir vorher noch einmal erklären. Links ist das sogenannte Haitz law für LED. OLED scheint den gleichen Weg zu gehen.