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OSRAM - LED Technologie und Produktion
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  • OLED sind mehr als die neueste Lichtquelle  Sie generieren eine völlig neue Lichterfahrung und öffnen Designmöglichkeiten, welche nicht mit anderen Lichtquellen realisiert werden können.
  • ITO: Metalllegierung aus Indium und Zinn
  • Transparent OLEDs open up completely new opportunities regarding design and application!
  • 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
  • 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
  • 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.

Transcript

  • 1. LED Technologie und Produktion INELTEC 2011 Lichttag 15. September 2011 A. Studerus
  • 2. Die Lichtwelt im Umbruch
    • LED und die traditionellen Technologien im Wettstreit
    • Die Gründe für den Erfolg der LED
    • Mit OLED steht die nächste Technologie vor der Türe
  • 3. Die Technologien im Wettstreit
    • Als alles begann
      • Glühlampe vor über 130 Jahren
    • Der 2. Schritt
      • Niederdruckentladungslampen vor über 70 Jahren
    • Der 3. Schritt
      • Hochdruckentladungslampen vor über 40 Jahren
    • und jetzt
  • 4. Die Technologien im Wettstreit
    • …… . die LED-Revolution
      • Elektronik und Licht gehen zusammen
      • Licht wo es noch nie war
      • Lebensdauer ohne Ende
      • Effizienz in neuen Dimensionen
      • Design ohne Limit
      • und es geht schneller als erwartet
  • 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. 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.
      • Kosten, Qualität und Intelligenz
      • Was geschieht als nächstes?
  • 8. LED - es führt kein Weg daran vorbei!
    • Licht ist nicht mehr nur zum Beleuchten, Licht erhöht Lebensqualität und die LED eröffnet die neuen Möglichkeiten dazu
    • Die unschlagbare Vorteile von farbigen LED‘s schaffen eine faszinierende bunte Welt, die wir mit herkömmlichen Lichtquellen nie erlebt haben
    • Die ‚low-wattage‘ LED Lampen/Leuchten werden häufig als Akzentbeleuchtung eingesetzt, wo die konventionellen Lampen mit hoher Leistung wenig dafür geeignet waren
    • Mit LMS ( Lichtsteuerungssystem) bieten sich für die
    • Lichtlösungen ganz neue Möglichkeiten
    LED generiert enormes Zusatzgeschäft durch neue Anwendungen aufgrund ihre Vielfalt an technologische Möglichkeiten
  • 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. Was sind die Treiber für die Revolution
    • Design und damit neue Leuchten
    • Lichtausbeute und damit Energiesparen
    • Image, modern sein und damit Energiesparen
    • Dynamische Lichtmöglichkeiten und damit
    • Energiesparen
    • Aber der Preis und die verfügbare Lichtmenge bremsen die Entwicklung
  • 12. Die Bremser der Revolution
    • Preis
      • Wafergrösse
      • Economy of scale
      • Produktionsausbeute (binning)
      • Lichtausbeute und damit Heatmanagement
      • Lumen pro €
  • 13. Preis - Wafergrösse 6-inch 4-inch
  • 14. Wafergrösse – Zunehmende Produktions-Effizienz Source: (1) CLSA 2010, (2) Yole 2010, (3) IMEC, OSRAM Opto
      • Laufende Kostenersparnisse
        • Yield … von heute ~50% (Marktdurchschnitt) (1)
      • Wechsel auf grössere Durchmesser ( 6”)
      • Wechsel von Sapphire Wafers nach Silicon Wafers (R&D)
    Grössere Wafer und der Ersatz des teuren Sapphire kann eine deutliche Kostenersparnis auslösen Development of wafer diameter Source: Yole “Sapphire Market 2010” Report
  • 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
  • 17. Zukünftige Optimierung: Qualität Noch einige Schritt möglich – in jedem Aspekt
      • From bin selection (U_F, color, brightness)
      • via bin mixing (to reach target bin on module level
      • to ‘bin fine’ production
    • Balance between efficacy and color rendering (CRI) and system optimization
      • Testing
        • LM-80 test is a first step … but not all
        • Accelerated testing, e.g. against humidity, temperature cycling, corrosive gases, ..)
      • Modeling of degradation
      • Robust design in terms of materials, processes, and functions
      • … for components, modules, systems
      • Standardization
      • Reliability
      • Binning / usage
      • Quality of light
    • Continuous improvement of LED quality, i.e. fulfillment of customer expectations in terms of
    • reliability at real-life conditions,
    • long-term availability, and
    • color rendering
  • 18. Was sind die Hindernisse für die Revolution
    • Lichtmenge
      • Lichtmenge hängt mit Temperatur zusammen
        • Viel Licht – hohe Temperatur
        • Je höher die Lichtausbeute umso mehr Licht bei gegebener Temperatur
        • Leider:
          • Je mehr Licht umso tiefer die Lichtausbeute
          • Je wärmer das Licht umso tiefer die Lichtausbeute
  • 19. Der Weg zu LED ist nicht einfach…
    • Langer Weg von Einzel-LED bis zum fertige Leuchten fordert diversen neuen Kompetenzen wie z.B. Thermomanagement, Optische Lösungen und Fertigungsprozessen
    • Entscheidung: Viel mehr Möglichkeiten; wieweit geht meine Integration
    LED ist alles andere als konventionelle Technologie des Lichtes, verlangt andere Kompetenzen und Vorgehen LED Leuchten LED chip + packaging + Optik + Electronic + Kühlkörper + Gehäuse =
  • 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)
  • 21. Weitere Anwendungen im Auto
    • Die Möglichkeiten der LED, IRED, Sensoren und Laser ermöglichen komplett neue Anwendungen – nicht nur den Ersatz von Lichtquellen
    • Coming up:
    • LED Scheinwerfer
    • Vielfache LED für intelligente Schweinwerfer
    • Personifizierte Innenraumbeleuchtung
    • Leistungsfähige IRED und Laser für eine zunehmende Breite von Anwendungen
    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
  • 22. Weitere Anwendungen in der Beleuchtung
    • Coming up:
    • Energieeinsparung
    • Licht Management
    • Exzellente Möglichkeiten für farbiges Licht
    • Vereinfachung durch Standardisierung
    • ……
    Marker Light Streetlighting Tunnel Lighting Office Lighting Conference Rooms Shop Lighting Outdoor Lighting Horticultural Lighting Architectural Effects
  • 23. Weitere Anwendungen in den Consumer Applications
    • Coming up:
    • Blitzlichter
    • Projektoren
    • Bewegungsdetektoren
    • IR Sensoren
    LED and Laser Projection Proximity Sensing Small LCD Backlights Large Area LCD Backlights Medium Backlights Flashlight Key Pad Lighting Ambient Light Sensor 3D-TV
  • 24. Die SSL Welt Retrofit Consumer Leuchten Lightengines Power Chips LED Leuchten
  • 25. Retrofit
    • Ersatz der bisherigen Lichtquellen durch LED-Kopien
    • Für alle bisherigen, traditionellen Lampenformen wird es eine Kopie geben
    • Thermomanagement ist die grosse Herausforderung
  • 26. Lightengines
    • Standardisiertes Modul vorbereitet für den Einbau in Leuchten
    • Lichtpaket das durch die Entwicklung nicht verändert wird
    • Intelligente Betriebsgeräte korrigieren das Altern der LED
  • 27. Leuchten
    • Neue Leuchtenentwicklung werden die LED integriert haben.
    • Nach Ausfall von Komponenten wird die Leuchte ersetzt
    • Neue Designformen werden entstehen
  • 28.
    • … . und was wird der nächste
    • Schritt sein?
  • 29. Film H
  • 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
  • 34. Herausragende Eigenschaften von OLED
    • Diffuse, blendfreie Flächenlichtquelle
    • Keine zusätzliche Kühlung erforderlich
    • Keine zusätzliche Optik erforderlich
    • Niedervolt Gleichspannung
    • Instant on/off
    • Quecksilberfrei, RoHS-konform
    • Hohe Lichtausbeute
      • 25 lm/W Produktebene
      • 87 lm/W Labormesswerte
      •  100 lm/W Zukunftswert
    • Diverse Farbtemperaturen und Farben möglich
    • Hochqualitatives weißes Licht
      • CRI: derzeit bis zu 80, zukünftig 95
    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.)
  • 35. ORBEOS ® CDW-031
    • Typische Performance:
    • 25 lm/W, 1,000 cd/m 2 ,
    • 5,000 h Lebensdauer
    • Anwendung in diversen Systemen und Leuchten
    • Warmweisses Licht
  • 36. OSRAM ORBEOS ® RMW-046
    • Keine Leiterbahnen erforderlich
    • 2700 K, CRI >85
    • Spiegelnde Erscheinung im ausgeschalteten Zustand
    • Dimmbar zwischen 0 und 1700 cd/m 2 Leuchtdichte
    • Rechteckige Geometrie (40 cm 2 aktive Fläche)
    • Leichte Integration durch flexible Leiterplatte
  • 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
  • 38. Transparente OLED
    • 15 x 15 cm
    • 210 cm 2 Leuchtfläche in beide Richtungen
    • Aufgrund hochleitfähigen Elektroden keine Leiterbahnen erforderlich
    • 2 Kontaktanschlüsse (Standard)
    • 50 % Transmission
    •  Erste Produkte für 2012 erwartet
    Transparente OLEDs eröffnen vollkommen neue Möglichkeiten für Applikationen und Design
  • 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
  • 43. 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
    • Technologische Durchbrüche (Substrate, Aufdampfung (Teillösung), Prozessverbesserungen)
    • Wirtschaftlichkeit durch Massenproduktion (Material, Investitionskosten vs. Kapazität, Substratgröße oder Geschwindigkeit)
    • Erhöhung des Automatisierungsgrades für back end operations
    Years 0,1 1 10 100 1000 2009 2011 2017 2019 OLED Lumen Kosten (Log-Skala)
  • 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
  • 46. …… . und damit kann gesagt werden…..
    • Harry Potter hatte doch recht
    Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit