Lighting-Produkte LED – Höhere Lichtausbeute bei geringeren Kosten

In drei Jahren soll der Preis von LEDs um 66 % fallen. Eine Herausforderung für die Entwicklung von Lighting-Produkten. Dabei werden im Bereich der Fertigung werden zunehmend Verfahren aus dem Halbleiter-Massenmarkt eingesetzt.

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Eine durchschnittliche Hochleistungs-LED emittiert heute rund 100 Lumen pro Watt – Spitzenprodukte schaffen sogar bis zu 140 Lumen pro Watt – und kosten in etwa 4,75 Euro pro 1000 Lumen.

Bedenkt man, dass der Preis noch vor einem Jahr mit 14 Euro angegeben wurde, wird die rasante Abwärtsentwicklung der LED-Preise klar. Und der Trend wird weitergehen: Das US-amerikanische Energieministerium hat als Ziel einen Preis von rund 1,75 Euro pro 1000 Lumen bis zum Jahr 2015 vorgegeben, damit LED-Leuchten wirklich konkurrenzfähig zu Energiesparlampen werden. Um dieses Preisniveau zu erreichen, verfolgen die LED-Hersteller verschiedene Strategien: Im Bereich der Fertigungstechnologien werden zunehmend Verfahren aus dem Halbleiter-Massenmarkt eingesetzt. Zudem sollen neue Träger- und Halbleitermaterialien die Lichtausbeute erhöhen und die Stückkosten weiter senken.

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Günstigere Herstellungskosten mit Silizium

Heutige weiße und blaue LEDs werden zumeist aus einem teuren Saphirsubstrat hergestellt, das mit dem ebenfalls kostspieligen Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN) bedampft wird. Ein erster Ansatz, um die Kosten für LEDs zu reduzieren, ist Galliumnitrid-LED-Chips auf Siliziumträgern statt auf teuren Saphirsubstraten herzustellen. Silizium ist als Standardmaterial der Halbleiterindustrie eine kostengünstige Alternative und zudem ausreichend verfügbar.

Damit wird es möglich, großflächige Siliziumscheiben für die LED-Herstellung zu verwenden, was den Herstellungsprozess deutlich effizienter werden lässt. Schon jetzt gelingt es ersten Herstellern, die Hochleistungs-LED-Chips auf einer 150-Millimeter-Scheibe – dies entspricht sechs Zoll – zu fertigen. Daraus können theoretisch 17.000 LED-Chips mit einer Chipgröße von einem Quadratmillimeter hergestellt werden.

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