Vestel ile LED Üretim Teknolojileri ve Uygulamaları semineri

LED Üretim Teknolojileri ve
Uygulamaları
Kadir Vahaplar, PhD
LED Aydınlatma Optik Tasarım Şef Mühendisi

Giriş
Vestel Şirketler Grubu
Vestel olarak faaliyetlerimize kuruluş yılımız 1984’te başladık. Zorlu Holding bünyesine katıldığımız 1994
yılından beri ise üretim gücümüzü, ihracatımızı ve sahip olduğumuz pazar payını katlayarak artırmayı
sürdürüyoruz.
13 bini aşkın çalışanımız, 1.050 satış noktamız, 350 satış sonrası merkezimiz ve binlerce yan sanayi
çalışanımız sayesinde 30 bin kişiye gelir kaynağı yaratıyoruz
Vestel, Avrupa'nın tek lokasyon üzerine kurulu en büyük fabrikasına sahip. Vestel City’nin bu üstünlüğü
ile, National Geographic’in Mega Fabrikalar belgesel serisine giren ilk ve tek Türk markası olma gururunu
yaşıyoruz.
Çalışmalarımızı “dünya şirketi” olma vizyonuyla sürdürerek, küresel haritaya dağılmış 6 Ar-Ge
merkezimizle dünyaya “dost teknolojiler geliştiriyor; yenilikçi ve üstün tasarıma sahip ürünlerimizi tam 140
ülkede yüz milyonlarca kullanıcıya ulaştırıyoruz.
Dünya standartlarındaki üretim anlayışımız ve kaliteli ürünlerimizle uluslararası arenada güçlü bir profil
çizerek, Deloitte'un ''Tüketici Ürünleri Endüstrisinin Küresel Güçleri 2011'' raporunda, “Dünyanın en büyük
250 tüketici ürünü şirketi” arasında yerimizi aldık.
Seminer fragman videosu ve tamamını
izlemek için buraya tıklayınız

Giriş
• Enerji Tasarrufu ve Enerji Verimliliği
• Toplam elektrik enerjisi tüketimi içinde aydınlatmanın payı: %20

Giriş
• LED’ler 1980 yıllarında sadece gösterge ve sinyalizasyon uygulamalarında
kullanılmışlardır.
• Genel aydınlatma için beyaz ışığa ve daha yüksek ışık akılarına ihtiyaç vardır.

Giriş
• LED’lerin son yıllardaki hızlı teknolojik gelişimleri, pazar paylarının ve üretim
rakamlarının da çok hızlı artmasını beraberinde getirmiştir.
• LED paket üretiminden elde edilen gelir: $12.6B @2013
$17.1B @2018

• LED Üretim Teknolojileri
– LED nedir?
– LED paket üretim süreci
• LED Uygulamaları
– LED’in avantajları
– LED ürünler ve uygulamaları
İçerik

LED ve LED Üretim
Teknolojileri

LED (Light Emmiting Diode) nedir?
• Işık yayan diyot (LED), elektrik enerjisini ışığa dönüştüren yarı
iletken devre elemanıdır.
– LED çip, p-tipi ve n-tipi yarı iletken katmanlardan oluşmaktadır.
– Yeterli gerilim uygulandığında katmanlar arasından akım geçmeye başlar.
– Negatif ve pozitif yüklerin (electron-hole) kombinasyonu sonucu ortaya
çıkan enerji foton (ışık) olarak yayılır. Bu işlem elektrolüminesans olarak
bilinmektedir.

LED teknolojisi
• LED paket içeriği:
– Alttaş (wafer)
– Yarı iletken çip: ana bileşen, ışık şiddetini (lümen) ve verimini (lm/W) belirler
– Fosfor: mavi ışığı beyaz ışığa çevirerek tonlarını belirler
– Lens: ışık kontrolünü sağlar
LED çip
Fosfor
LED
paket
Lens
Alttaş

LED teknolojisi
• Yarı iletken malzemeler:
– Mavi  GaN, InGaN
– Kırmızı, Yeşil  GaP
– Kırmızı, Sarı  GaAsP
– IR  GaAs
– UV  AlGaN

LED teknolojisi
 Ayarlanabilir renk sıcaklığı
 Farklı renk seçenekleri
 Zor kontrol
 Düşük CRI
 Düşük etkinlik faktörü (lm/W)
 Tek LED kullanımı
 Kolay kontrol
 Kolay ikincil optik
 Yüksek CRI
 Yüksek etkinlik faktörü (lm/W)

LED üretim teknolojisi

LED üretim teknolojisi
Alttaş Epitaksi Çip işleme Biçimlendirme Paketleme
Tipik üretim akışı:

LED çip üretimi / Alttaş
• Üretim süreci alttaş malzemelerin kontrolü ve temizlenmesi ile
başlar. 2" (50mm) çapındaki bir safir (Al2O3) alttaştan yaklaşık
4000 adet çip elde edilir.

LED çip üretimi / MOCVD
• MOCVD (metal organik kimyasal buhar yoğunlaştırma) ya da
MOVPE (metal organik buhar fazı epitaksisi) olarak adlandırılan
yöntem, bir alttaş üzerine ince katmanlar oluşturmak için
geliştirilmiştir.
• Elektronik ve opto-elektronik teknolojisinde yaygın
olarak kullanılan III-V bileşimi yarı-iletkenlerin
(özellikle GaAs ve GaN) üretimi için uygundur.
• HB-LED üretiminde MOCVD yöntemi yaygın olarak
kullanılmaktadır.

• Oluşturulan katmanların kalitesi yüksektir (tekrarlanabilirlik,
büyütme oranı, katkılama).
• Aynı sistemde farklı malzemeler büyütülebilir.
• Farklı arayüzler ve katmanlar oluşturulabilir.
• MBE (Molecular Beam Epitaxy) yöntemine göre ekonomiktir.
Yüksek derecede vakum gerektirmez.

• Yüksek frekanslı uygulamalar için kullanılabilir.
• Yüksek sıcaklıklara dayanabilen yapılar oluşturulabilir.
• Işık kaynağı ya da algılayıcısı olarak kullanıma uygun cihazlar
yapılabilir.

LED çip üretimi / MOCVD aşamaları
• 1) Büyütülmek istenen malzemenin öncüllerini taşıyacak gazların
ısıtılmış alttaş üzerine gönderilmesi.
• 2) Öncül moleküllerin yüksek ısıdan dolayı ayrışması (örn. Ga ile
As, Ga ile N, ...) ve alttaş üzerinde yoğunlaşması.
• 3) Atomların alttaş yüzeyine bağlanması ve kristalin katmanlarını
oluşturması (örn. GaAs, GaN, ...).

LED çip üretimi / MOCVD aşamaları
Genel olarak MOCVD reaksiyonunu tanımlayan kimyasal tepkime*:
RnM(v) + ERn´(v) → ME(s) + nRR´(v)
şeklinde yazılabilir. Burada R ve R´ methyl (CH3) veya ethyl (C2H5) ya
da hidrojen, M grup II ya da grup III metali, E ise grup V ya da grup VI
elementi tanımlar. n sayısı II-IV ya da III-V reaksiyonu oluşmasına
göre 2 ya da 3 olabilir. v ve s ise gaz ve buharı fazlarını belirtir.
Handbook of Thin Film Deposition Processes and Techniques (Ed. K.Sehnan), Chapter 4,
“Metal Organic Chemical Vapor Deposition: Technology and Equipment, J.L. Zilko”, pp 151-205

• MOCVD yönteminde taşıyıcı gazlar (H2 ve N2) bubbler adı verilen
sıvı haldeki metal oksit öncüllerini (TMGa, TMIn, TMAl, TEGa,
Cp2Mg) taşıyan tüplere gönderilir.
• Metal oksit öncülleri taşıyıcı gazlar tutunarak tüplerden ayırılır.
• Öncülleri de içeren gaz reaktöre yönlendirilir.

• Bugüne kadar çeşitli MOCVD reaktör tasarımları yapılmıştır.
Bunlardan başlıcaları:
 Yatay Reaktör
 Dikey Reaktör
 Kovan Reaktör
 Dönen Disk Reaktörü
 Yassı Reaktör

LED çip üretimi / Mavi çip
• Biscyclopentadienyl magnesium
(CP2Mg) ve disilane (Si2H6) ise p-tipi ve
n-tipi katkılama kaynağı olarak
kullanılır.
• InGaN çoklu kuantum kuyularını
(MQW) oluşturmak için taşıyıcı azot
gazı ile In katkılama yapılır. (diğer
katmanlar için H2)
• LED yapılı örnekler Mg katkılı p-tipi
katmaları aktive etmek için azot
ortamında 730°C’de 30 dk. süre ile
ısıl işlemden (annealing) geçirilir.

• Induction Couples Plasma (ICP)
sistemi ile mesa yapıları
oluşturulur.
• E-beam Evaporator ile p-n
elektrotları oluşturulur.
• Elektriksel kontaklar (p-tipi için
Ni/Au - 5 nm/5 nm, n-tipi için
Ti/Al/Ni/Au - 10 nm/200 nm/30
nm/100 nm) oluşturulur.

Üretilen LED çiplerinin fotoğrafı
I-V ölçümleri sırasında üretilen LED
çiplerden yayılan mavi ışık görüntüsü

LED çip paket üretim süreci

çip birleştirmekesme işlemiişlenmiş wafer
Housing
Protects LED Chip. Enables electrical
connection with the LED chip.
Houses the phosphor.
Ag Paste
Helps the LED chip to be fixed on the
PKG Housing.
Chip Bonding
Emitting color depends on the rank of
the LED chip. When multiple chips are
used in a single package they are of
the same rank.
Adhesion Test
A “die shear test” is conducted to
each chip in order to ascertain the
bonding of the chips.
kablo bağlantısı
Wire Bonding
This step connects the chips to the
electrodes on the packaging and, if
more than one chip is used, to each
other.
Shear Adhesion Test
(30gf)
A shear force is applied to each wire
to test the proper bonding.
Pull Adhesion Test
(5gf)
A pull force is applied to each wire to
test the proper bonding.

çip birleştirmekesme işlemiişlenmiş wafer kablo bağlantısı
dağıtıcılens eklemebiçimlendirici
seleleme ve
sınıflandırma
ayıklama ve
makaralama

LED paket çeşitleri

Aydınlatmada LED bileşenlerinin payı
• LED paketleri, LED armatür üretim maliyetinin ortalama %40’ını
kapsamaktadır!
• LED paketleme ise tek başına en büyük hedef maliyet düşürme
payına sahiptir!

LED Uygulamaları

LED teknolojisinin üstünlükleri
 Düşük ışıksal etkinlik
Işık kaynağı Verim (lm/W) Ömür (saat)
Enkandesan (akkor) 17 3,000
Halojen 20 10,000
T12 floresan 60 12,000
Metal halide 70 20,000
T8 floresan 85 24,000
Yüksek basınçlı sodyum 95 24,000
Düşük basınçlı sodyum 110 18,000
LED (pakete göre) 120 30,000 - 60,000
 Kısa ömür  Isı problemi

60,000 saat (L70)
164 yıl / günde 1 saat
82.2 yıl / günde 2 saat

Lambalarda ömür
• Konvensiyonel lambaların çoğunda ömür, ışık kaynağının bozulup
çalışmaması durumuna karşılık gelir. Bu yüzden bu tip lambalarda
ömür oranı %50’dir.
• LED’lerde, bozulmaya sebep olan filament parçası olmadığından
dolayı bozulmazlar.
• LED’ler sadece zamanla beklenen ışık değerlerinin altına düşerler.

LM80 prosedürü ve TM21 Metodu
• LM80, LED ışık kaynaklarının akı değerlerinin farklı ortam
sıcaklıklarında zamanla nasıl değiştiğini incelemek amacıyla yapılan
ölçümdür.
• TM21 (Technical Memorandum) ise LM80 ölçümü için IES
tarafından geliştirilen bir test metodudur.
• Genel olarak birden fazla örnek
için minimum 6,000 saat boyunca
her 1,000 saatte bir akı değeri
ölçülüp normalizasyon ve ortalama
alınarak LED’lerin ömürleri
hakkında bilgi alınır.

LED teknolojisinin avantajları

• Yönlü ışık yayabilme
 Işık kaybını minimuma indirger
 Armatür verimini arttırır
 Yeni aydınlatma tasarımlarına izin verir
• Kompakt tasarım
 Kırılmalara dayanıklı ve camsız tasarım
 Titreşimden etkilenmez
 Yenilikçi, küçük boyut

• Uzun ömür
 Kalıcı montaj
 Periyodik bakım gerektirmez
 İyi bir termal tasarım ile konvensiyonel lambalara göre 15 kat daha
fazla ömür (>60,000 saat)
• Enerji verimliliği
 Daha az enerji tüketimi ile aynı miktarda aydınlatma
 Isınmaya gerek duymadan hızlı başlama
 Konvensiyonel lambalara göre %80‘e kadar enerji tasarrufu
 18 aydan daha kısa sürede kendini amorti edebilme

• Çevre dostu
 Daha az ısı enerjisi yayar.
 Zararlı madde içermez.
 RoHS (Restriction of Hazardous Substances)
uyumludur.
• Güvenli
 Düşük gerilime sahiptir.
 Zehirli madde içermez.
 Gaz deşarjlı ampullerin yarattığı arklardan dolayı yangın
çıkma olasılığı LED’lerde yoktur.
 Titreşim yapmaz.

• Uyumluluk
 Net görüş, yüksek farkındalık
 Kısılabilirlik, renk değiştirme opsiyonları (dijital kontrol)

• Uyumluluk
 Homojen ışık dağılımı

• Uyumluluk
 Yüksek kaliteli ışık (CRI>70)

2011’den bugüne ...
yüksek kalite LED aydınlatma ürün yelpazesi
 kısa sürede özel tasarım geliştirilmesi
 25 nitelikli Ar-Ge mühendisi
 uzman test laboratuvarları
VESTEL LED Aydınlatma

VESTEL LED Aydınlatma

VESTEL LED Diffuse Downlight
Kullanım alanları:
Ofis
Eğitim Kurumları
Mağaza
Market
Otel
AVM
Konut
Restoran
Hastane

VESTEL LED Panel Light
Ofis
Mağaza
Market
Otel
AVM
Restoran
Hastane

VESTEL Dinamik LED Aydınlatma
 Dinamik LED Aydınlatma ile ortamdaki ışık sürekli olarak
değiştirilebilir. Böylelikle günün farklı zamanlarında farklı
atmosfer oluşturulması sağlanır.
 Dinamik LED Aydınlatma görüş keskinliğini ve renk kalitesini
ortamda yapılan işe / etkinliğe göre de ayarlanmasını sağlar.
Bu özellik okul aydınlatma sistemleri için önem taşır.
 Renk sıcaklığını 3500K üzerindeki değerlere çıkarmak görsel
ferahlık ve düşük enerji tüketimi sağlar.
Ref: S.M. Berman et al. “Children’s Near Acuity is Better under High Colour Temperature
Lighting”, CIE, 2005

VESTEL LED Tube
Ofis
Mağaza
Market
AVM
Konut
Gizli Aydınlatma
Restoran
Hastane
Depo
Üretim Tesisleri
Kapalı Otopark

VESTEL LED Lamba
Ofis
Otel
Konut
Restoran
Hastane

VESTEL LED Etanj
Market
Depo
Kapalı Otopark

VESTEL LED Yol Armatürü
Yol
Açık Otopark

VESTEL LED Tube
Otel
Mimari
Depo
Açık Otopark

Refereans Projelerimiz

ZORLU CENTER

MEMORIAL HASTANELERİ

D&R

BURGER KING

Teşekkürler..
Ücretsiz katalog gönderimi için:
led@vestel.com.tr

Vestel ile LED Üretim Teknolojileri ve Uygulamaları semineri

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Vestel ile LED Üretim Teknolojileri ve Uygulamaları semineri

Similar to Vestel ile LED Üretim Teknolojileri ve Uygulamaları semineri (12)

More from Voltimum A.Ş. İstanbul Türkiye Şubesi

More from Voltimum A.Ş. İstanbul Türkiye Şubesi (7)

Vestel ile LED Üretim Teknolojileri ve Uygulamaları semineri

Editor's Notes