Vestel ile LED Üretim Teknolojileri ve Uygulamaları semineri

LED Üretim Teknolojileri ve Uygulamaları

Kadir Vahaplar, PhDLED 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

http://www.voltimum.com.tr/e-universite/led-uretim-teknolojileri-ve-uygulamalari-semineri

















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

LEDpaket

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

HousingProtects LED Chip. Enables electrical connection with the LED chip.Houses the phosphor.

Ag PasteHelps the LED chip to be fixed on the PKG Housing.

Chip BondingEmitting 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 TestA “die shear test” is conducted to each chip in order to ascertain the bonding of the chips.

kablo bağlantısı

Wire BondingThis 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 eklemebiçimlendiriciseleleme 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 saat82.2 yıl / günde 2 saat41.1 yıl / günde 4 saat27.4 yıl / günde 6 saat20.5 yıl / günde 8 saat13.7 yıl / günde 12 saat6.8 yıl / günde 24 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:

OfisEğitim KurumlarıMağazaMarketOtelAVMKonutRestoranHastane



















VESTEL LED Panel Light


OfisEğitim KurumlarıMağazaMarketOtelAVMRestoranHastane



















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


OfisEğitim KurumlarıMağazaMarketAVMKonutGizli AydınlatmaRestoranHastaneDepoÜretim TesisleriKapalı Otopark



















VESTEL LED Lamba


OfisOtelKonutRestoranHastane



















VESTEL LED Etanj


MarketDepoÜretim TesisleriKapalı Otopark



















VESTEL LED Yol Armatürü


YolAçık Otopark



















VESTEL LED Tube


OtelMimariDepoÜretim TesisleriAçık Otopark



















Refereans Projelerimiz



















ZORLU CENTER



















MEMORIAL HASTANELERİ



















D&R



















BURGER KING



















Teşekkürler..

Ücretsiz katalog gönderimi için:[email protected]







