LEDs Marktsättigung etwa im Jahr 2018

Umsätze eingehäuster LEDs nach der Anwendung. Im Jahr 2015 wird die Beleuchtungstechnik zum größten Abnehmer von LEDs.
Umsätze eingehäuster LEDs nach der Anwendung. Im Jahr 2015 wird die Beleuchtungstechnik zum größten Abnehmer von LEDs.

Dass die Ablösung eines eingeführten Produkts durch eine neue Technologie zäh verläuft, wird in der LED-Beleuchtungstechnik deutlich. Die Elektronik-Redaktion befragte Eric Virey und Pars Murkish vom Marktforschungsunternehmen Yole Developpement nach den Trends im LED-Beleuchtungsmarkt.

Herr Virey, Herr Mukish, der Weltmarkt für HL/HB-LED für die Beleuchtungstechnik teilt sich derzeit auf in die Segmente "Retrofit" (den Ersatz der Glühlampen), "Automotive", und "LED-Taschenlampen". Weitaus höher sind die Stückzahlen bei den LEDs, die für die Hinterleuchtung von LC-Displays verwendet werden. Nach einer Studie von Yole Developpement wird der Umsatz in der LED-Beleuchtungstechnik den im Segment "Backlighting" erstmals übertreffen (Bild 1). Wie lange wird es Ihrer Ansicht nach dauern, bis beim LED-Beleuchtungsmarkt die Sättigung eintritt?

Eric Virey: Auf der Ebene der Komponenten, das sind die eingehäusten LEDs, erwarten wir die Marktsättigung beim Umsatz etwa im Jahr 2018. Bis dahin wird die Marktdurchdringung der LEDs etwa 68 Prozent bei den Lampen und 34 Prozent bei den bestückten Fassungen erreicht haben. Das hießt: Es gibt dann immer noch einen erheblichen Markt für die Bestückung der Glühlampenfassungen mit LED-Retrofit-Lampen. Aber in Bürogebäuden und Industriebauten läuft der Austausch vergleichsweise langsam ab. Aber der Hauptgrund für den Rückgang der Umsätze ab 2018 liegt in der hohen LED-Lebensdauer und der daraus folgenden Verlängerung des Ersatzzyklus.

 

In Japan werden etwa 60 Prozent der Umsätze im Beleuchtungsmarkt mit LED-Produkten erzielt. Gibt es für diesen Markt auch genauere Informationen, etwa, ob dort bereits ein Sättigungseffekt eingetreten ist?

Virey: Ganz genau; die Verkäufe von LED-Glühlampen-Retrofits setzen in Japan im Jahr 2010 ein, nachdem die Regierung Anreize in Form von einlösbaren Öko-Punkten für anerkannte "grüne" Produkte gesetzt hatte. Der Trend wurde durch die Fukushima-Katastrophe dann noch beschleunigt. Der Markt für das Glühlampen-Retrofit kann als "reifer Markt" gekennzeichnet werden. Aber es bleiben noch Marktsegmente in Bürogebäuden und Industriebauten, in denen lineare Leuchtstoffröhren immer noch dominieren.

Noch bis vor kurzem wurde das Binning -- das wegen der großen Exemplarstreuungen bei den Farbtemperaturen der Chips erforderlich ist -- als "die logistische Herausforderung für den Distributor" angesehen. Hat sich die Situation mittlerweile entspannt oder müssen die Distributoren immer noch für eine gewissen "Gleichverteilung" der LEDs durch eine knifflige Kombinatorik sorgen?

Virey: Binning bleibt ein Thema und eine logistische Herausforderung. Aber die Situation hat sich deutlich gebessert, insbesondere dann, wenn man die LEDs der Tier-1-Hersteller verwendet. Der Fortschritt rührt von den Verbesserungen in der Epitaxie und der Nutzung von "Mix and Match"-Strategien, bei der die LED-Hersteller die Charakteristika der einzelnen LED-Chips mit den verfügbaren Phosphor-Verbindungen und deren Dicke aufeinander abstimmen. Letztlich wird erwartet, dass weitere Verbesserungen bei den Epitaxie-Verfahren die Probleme des Binning weiter reduziert. Als das Unternehmen Philips Lumileds seine vor einigen Monaten seine neue Generation von gepaarten LEDs vorstellte, hat es verlauten lassen, dass es nicht mehr auf die Abstimmung von Chip und Phosphor ankäme, sondern dass der Epitaxie-Prozess nun auf ein bis zwei Bins genau gesteuert werden könne.

Die Entwicklung der LED ist in den letzten 40 Jahren mehr oder weniger kontinuierlich verlaufen: Protoypen aus dem Labor erreichen heute Lichtausbeuten bis zu 250 lm/W. Wird dieser Rekord lange Bestand haben oder erwarten Sie in naher Zukunft einen deutlichen "Sprung nach vorn"?

Virey: Anders als in der traditionellen Halbleiterindustrie, deren Entwicklung selbst in den letzten zehn Jahren immer noch nach dem Mooreschen Gesetz verlieft, kann sich die LED nicht immer weiter verbessern, sie wird eine bestimmte Grenze erreichen, die durch die Gesetze der Physik festgelegt ist. Während theoretisch Lichtausbeuten von mehr als 300 lm/W möglich sind, kommen wir bei den phosphor-konvertierten Weißlicht-LEDs dem asymptotischen Verlauf an einen Grenzwert doch recht nahe. Der Wirkungsgrad der LEDs hat sich in den letzten Jahren in dramatischer Weise verbessert, und je näher wir dem physikalischen Grenzwert kommen, desto mehr erwarten wir, dass die Zugewinne beim Wirkungsgrad immer weniger werden.

Eine Standard-LED wird heute mit einem Vorwärtsstrom von 350 mA getrieben, die elektrische Leistung liegt wegen der vergleichsweise großen Durchlassspannung der Diode bei etwa 1 W. Gibt es einen Trend hin zu 2-W-LED-Chip oder geht dieser eher zu Multi-Chip-Arrays, wenn höhere Lichtströme gefordert sind?

Virey: Die Wahl von Chip-Größe und Gehäuse hängt im wesentlichen an der Anwendung. Chips mit geringer und mittlerer Leistung -- also bis 0,5 W -- werden solchen Produkten verbaut, die etwa eine lineare Leuchtstofflampe ersetzen sollen. Wegen des Preiskampfes in der Kategorie "Cost of Ownership", also den Gesamtkosten, werden diese auch immer mehr in die für Glühlampen-Ersatzprodukte eingebaut. Chips mit höherer Leistung werden bevorzugt, wenn hohe Leuchtdichten bei kleinen Abmessungen oder auch stark gebündelte Lichtkegel gefordert sind, wie diese bei Spot-Leuchten (MR16) der Fall ist. Wir erwarten, dass alle diese Lösungen nebeneinander koexistieren werden. Kleine Chips haben in der Regel bessere Ausbeuten bei der Fertigung und lassen sich leichter in "Chip On Board"-Arrays zusammenfassen, große Chips bieten eine bessere Bündelung und kleinere Abmessungen.

Nehmen wir einmal an, dass der Lichtstrom einer LED auf einmal deutlich gesteigert werden könnte. Würde ein Entwickler diesen Schub nutzen und diese LED in seiner Anwendung mit weniger Strom betreiben, um die die Chip-Temperatur zu senken?

Virey: Auch hier gilt. Das ist eine Entscheidung des Entwicklers, die er von Fall zu Fall trifft. Bei manchen Produkten wird er den höheren Lichtstrom nutzen, um die LED mit einem kleineren Strom zu betreiben. In anderen Fällen wiederum könnte der den höheren Lichtstrom nutzen, um etwa die Kosten für die Komponenten zu reduzieren. Die Kosten sind in vielen Anwendungen immer noch eine entscheidende Hürde für den Einsatz von LEDs; der Trend geht derzeit dahin, die Zahl der LED-Chips zu reduzieren, aber das muss nicht so bleiben.

Einer der großen LED-Hersteller hat einen neue Prozess für die Herstellung von GaN-LEDs auf 200-mm-Wafern entwickelt und eingeführt. Wird sich das Ihrer Meinung nach auf den HB-LED-Markt auswirken, da sich diese Bauteile nun zu deutlich niedrigeren Kosten produziert werden können?

Virey: Alle großen LED-Hersteller forschen nach Möglichkeiten, wie die Saphir-basierte auf eine Silizium-basierte Technologie (LED on Si) umzustellen sei. Der Antrieb dafür ist, dass damit beim "Die" die Kosten bis zu 60 Prozent gedrückt werden könnten. Für die eingehäuste LED wären das dann immerhin noch 30 Prozent geringere Fertigungskosten. Das ist zwar nicht unerheblich, ändert an der allgemeinen Situation aber nur wenig. Andererseits könnte es den LED-Herstellern einen Vorteil verschaffen, die diese Technologie beherrschen.