Die Innovationen im Lichtmarkt

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1 Die Innovationen im Lichtmarkt EAA Kolloquium an der am 13. Oktober 2011 Dr.-Ing. h.c. Franz-Josef Bierbrauer EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 1 UBB Bierbrauer 1

2 Münchner Merkur von heute Donnerstag, den 13. Oktober 2011: EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 2 UBB Bierbrauer 2

3 Licht Innovation durch: 1. Technologiesprung in der Lichterzeugung ermöglicht eine sprunghafte Entwicklung: LED OLED HF 2. Neues Umweltbewusstsein und Europäische Gesetzgebung beschleunigen die Marktdurchdringung: Politik 3. Neue Hersteller, Elektronik - Distributoren und eine veränderte Wertschöpfungskette bewirken: Marktstruktur-Änderung 4. Neu entdeckte Lichtwirkungen erweitern die Anwendung des Lichts: Im visuellen, emotionellen und biologischen Bereich EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 4 UBB Bierbrauer 4

4 Der Technologie-Wandel aus geschichtlicher Sicht: Öllampen, Fackeln und Kerzen werden bis ins 19. Jh. verwendet, riechen unangenehm und sind zudem wegen der offenen Flamme gefährlich. Erst 1783 wird aus Steinkohle das "Leuchtgas" für die Gaslaternen gewonnen. Im gleichen Jahrhundert gibt es Experimente mit Petroleum und erste Versuche mit elektrischen Bogenlampen. Aber erst mit dem von Werner Siemens entwickelten Dynamo 1866 kann Elektrizität wirtschaftlich erzeugt werden. 13 Jahre später beginnt das Zeitalter der elektrischen Beleuchtung mit Thomas Alva Edisons Glühlampe. Der die Erfindung des deutschen Uhrmachers Johann Heinrich Goebel von 1854 zur technischen Reife bringt. EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 5 UBB Bierbrauer 5

5 Technologiesprung aus heutiger Sicht: Halbleiter wie Transistoren und Dioden arbeiten üblicherweise im Verborgenen. Die LED strahlen sichtbar, sehen blendend aus und stehen als Umwelt Verbesserer fast täglich in der Zeitung. Sie ermöglichen Schnelle Lichtausbeute Entwicklung Lebensdauererhöhung Farbdynamik Miniaturisierung Umweltverträgliche Materialien EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 6 UBB Bierbrauer 6

6 Lichtausbeute Entwicklung 150 lm/w Standard Lichtquellen Jahr der Einführung Potential LED & OLED LED Fluorescent CFL // 1981 Halogen 1959 Incandescent OLED 2020 OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 7 UBB Bierbrauer 7

7 Wie entsteht bei einer einzelnen LED weißes Licht? Blauer Chip strahlt blaues Licht ab Gelber Leuchtstoff im Harz, Silikon oder auf dem Chip konvertiert ein Teil des blauen Lichts in gelbes Licht Die additive Mischung von blau und gelb ergibt weißes Licht OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 8 UBB Bierbrauer 8

8 3 Methoden warmweißes Licht mit LED zu erzeugen RGB (Red, Green, Blue) Blue + Yellow Phosphor BSY + Red + Blue Peak Yellow Phospho r Blue Peak Yellow Traditional Phosphor Conversion Red Peak Approaches OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 9 UBB Bierbrauer 9

9 Trends of the Lighting Market LED s Wie wird sich der LED Wirkungsgrad verbessern? Roadmap from Dept. of Energy of USA Efficacy (lm/w) T j 025, 350 ma Phase-out of incandescent lamps Max. Device Efficacy 228lm/W, 6500K, 75CRI $/klm Max. Device Efficacy 162lm/W, 3000K, 90CRI 150 Max. Luminaire Efficacy 140lm/W, 3000K, 90CRI $/klm 5$/klm 2$/klm Laboratory Projection- Cool White Commercial Product Projection - Cool White Commercial Product Projection- Warm White Laboratory - Cool White Commercial Product- Cool White Commercial Product, Warm White Foreign Competition-Laboratory Projection Year OS EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 10 UBB Bierbrauer 10

10 Trends of the Lighting Market Geburt einer organischen LED - OLED Unique Features Design / Aesthetics - Ultra thin & flat, light weight - Diffuse / Transparent - Brightness / Color tunable - Flexible light source Sustainability - Power efficient - Free of mercury Application Today: Market entry, e.g. displays on mobile devices Tomorrow: Illumination in functional designs, general lighting OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 11 UBB Bierbrauer 11

11 Efficacy EAA Kolloquium LED & OLED ergänzen sich LEDs Hohe Leuchtdichte Punkt-Lichtquelle 180 Eine perfekte Kombination! OLEDs Niedrige Leuchtdichte Flächenlichtquelle fluorescent LED (Prod) OLED (R&D) halogen incandescent Steep efficiency improvement for SSL technologies! Hohes Energie Einsparpotenzial, Quecksilberfrei, lange Lebensdauer! OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 12 UBB Bierbrauer 12

12 OLED Roadmap 3 rd Gen OLED high efficiency full flexibility General lighting Transparent room separators 100 lm/w 2 nd Gen OLED high reliability (automotive) transparency Advertisement Diffuse ceiling lighting Automotive interior lighting Flexible OLED Lighting wallpaper and light curtains 65 lm/w 1 st Gen OLED thin, flat, diffuse area light source Emergency and other signs Decorative illumination 40 lm/w Efficacy OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 13 UBB Bierbrauer 13

13 Technologischer Wandel in weiteren Bereichen: Lichterzeugung Höchstfrequenz -Lampe Schwefel-Lampe LED- Lampe Organische LED Licht-/Farb Regelung mit Elektronik RGB Lichtstimmungen Ansteuerung für Lichtdynamik mit ZigBee Nutzungsabhängiges Lichtniveau Materialien Keramik statt Glas Superkunststoffe mit Carbon Software Tools für Produktentwicklung, Konstruktion und Lichtplanung EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 14 UBB Bierbrauer 14

14 Ein Blick zurück Nicolas Teslas 1891: Elektrodenlose HF Lampe Vorgeführt vor dem American Institute of Electrical Engineers, Columbia College N.Y. 20. Mai 1891 EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 15 UBB Bierbrauer 15

15 Elektrodenlose Lampen heute: Elektrische Energie wird über Antenne eingespeist Philips Licht QL Lampen- System 1991 GE Genura 1992 Fusion Licht Schwefellampe 1994 National W CFL Osram Endura 2002 Luxim LiFi 2004 Ceravison 2005 EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 16 UBB Bierbrauer 16

16 Lampenaufbau HF-Lampe Mikrowellenlauncher InI-Lampe Schirmschlauch Aufbau der Lampe mit Mikrowellenlauncher und Schirmschlauch um Stetigkeitsbedingungen an den Grenzflächen zu nutzen KIT LTI Kling EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 17 UBB Bierbrauer 17

17 HF-Lampe Demonstrator Höchstfrequenz Energiesparlampe 20 W EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 18 UBB Bierbrauer 18

18 Die ESD-Richtlinie 2006/32/EG - Directive on Energy End-Use Efficiency and Energy Services Steigerung der Energieeffizienz und Energiedienstleistungen in den EU-Mitgliedsstaaten Marktdurchdringung von energieeffizienten Produkte steigern Ziele: Verringerung des Energieverbrauchs & Umstrukturierung des Energiemarktes Energieeffizienzziele für Mitgliedsstaaten: + 1% Steigerung p.a. über 9 Jahre Mitgliedsstaaten müssen nationale Aktionspläne aufstellen und alle 3 Jahre überarbeiten EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 19 UBB Bierbrauer 19

19 Energy Service - Direktive und Energy- using Products - Direktive der EU Energy Services Direktive Öffentliche Wahrnehmung / Erziehung Vergaberechte finanzielle Anreize Förderung der Nachfrage hoch Effizienz, Lebens- dauer, Licht leistung niedrig GLS Eco Profiles als Einkaufsspezifikation Halogen CFL Eco Profiles zur Festsetzung eines Mindeststandards kontrolliert durch Marktüberwachung unterstützt durch die Industrie FL LED HID ZIEL: Energieeffizienz + Beleuchtungsqualität EuP Direktive EU Verordnungen Verbot / Phase-Out über CE Zeichen Energieeffizienz-/Ökodesign-Anforderungen Marktüberwachung Angebotsbeschränkung OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 20 UBB Bierbrauer 20

20 CO 2 - Einsparpotential nach ELC-Vorschlag Häusliche Beleuchtung: 23 Mton. 40,000 35,000 37,0 35,6 Gesamte CO 2 Emission in Mton. 30,000 28,9 25,000 20,000 19,5 15,000 10,000 13,8 60% Einsparung 5,000 0,000 Today (2007) Phase Phase Phase Phase EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 21 UBB Bierbrauer 21

21 Häusliche Beleuchtung: Energieeffiziente Technologien GLS Alte, ineffiziente Technologie niedrige Lichtausbeute lm/w Lebensdauer h sehr gute Farbwiedergabe (100) Energieeffizienzklasse E - G HAL ES, CFLi, LED Neue, energie-effiziente Technologie höhere Lichtausbeute lm/w Lebensdauer h sehr gute Farbwiedergabe (100) Energieeffizienzklasse C (D) sehr hohe Lichtausbeute > 50 lm/w Lebensdauer > h Farbwiedergabe (>80) Energieeffizienzklasse A (B) 2007: ersetzen 20 Watt-GLS lm/w; Lebensdauer: > h 2008: 50W Halogen-Niedervolt Licht-Pakete Jährliche Anzahl verkaufter Glühlampen in Europa: 2,1 Mrd. ermöglichen CO 2 -Einsparung: 23 Mton / a OSRAM EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 22 UBB Bierbrauer 22

22 Globale Marktentwicklung Licht Billion 20 15''9 Total light source market 15 12''9 10 9'' 10''7 Conventional light sources: stable market or slight decline 5 LED components*: strong market growth * OSRAM estimation, only Illumination Year EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 23 UBB Bierbrauer 23

23 Marktstruktur: Die Lichtindustrie mit mehreren Branchen verliert ihre Grundlage: Vorschaltgeräte Werke für Drosseln Fassungshersteller für Standard Fassungen E 27, B 15, die GU Leuchtenhersteller für klassische Industrieleuchten und Wohnraumleuchten Elektrogroßhandel für die Verteilung von Elektromaterial und die Versorgung des Marktes mit Ersatzlichtquellen. Halbleiterindustrie gewinnt an Bedeutung: Halbleiterfabriken stellen in der Epitaxie Wafer her aus Materialien wie Galliumarsenid (GaAs), Aluminium-Indium-Gallium-Phosphat (AlInGaP) Backend Werke schneiden die Wafer, sortieren (Binning) die einzelnen Chips, kontaktieren (bonden) mit Golddrähten und verpacken in Kleinstgehäusen Neue Firmen stellen daraus Module her wie LED Streifen oder Retrofitgeräte Elektronikdistributoren wie Conrad, EBV verkaufen die Produkte an die Industrie und die gewerblichen Anwender Baumärkte und Supermarktkette verkaufen die LEDs an private Endverbraucher. EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 24 UBB Bierbrauer 24

24 Neue Wertschöpfungskette ~75% replacement Buying decision based on component ~25% OEM / Project Traditional Lamp Ballast Luminaires Application / Service Distribution / Installation Convergence LED Basic compo- Chip / nents (Board, Package Heat Sink) Driver / Applicat Optics Control / Power Housing ion / Software supply Service Distribution / Installation Buying decision based on solution ~100% initial sales EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 25 UBB Bierbrauer 25

25 Visuelle und nichtvisuelle Wirkungen des Lichts LICHT Visuelle Wirkung Biologische Wirkung Emotionale Wirkung Ausgewogene Beleuchtungsinstallation berücksichtigt alle 3 Wirkungen EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 26 UBB Bierbrauer 26

26 Aussicht für die Lichtindustrie Hypothesen: LEDs werden zusätzlichen Umsatz schaffen, werden aber nicht komplett die etablierten Lichtquellen ersetzen Anwendungs- Know how und Patente werden entscheidend für das Geschäft über die gesamte Wertschöpfungskette sein China wird auch weiterhin ausländisches Know-how & IP nutzen und wird eigenes IP für neue Anwendungen schaffen. Nach Erreichen einer eigenen starken IP-Position werden die WTO Regeln akzeptiert werden Licht und Gesundheit wird ein wesentlicher Treiber für neue Geschäfts -Möglichkeiten sein Asiatische Länder greifen die technologische Führerschaft von Europa und USA in den Schlüsseltechnologien an und übernehmen sie EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 27 UBB Bierbrauer 27

27 Darum ist Innovation so wichtig: Für den Einzelnen, den Innovator selbst, ist sie Triebfeder für leidenschaftliches Arbeiten, seine menschliche Neugier zu befriedigen und sie gibt ihm Gestaltungsmöglichkeit bei Produkten und Prozessen. Innovation macht Freude, sie ist spannend und interessant. Als zweites bringt die Innovation dem Unternehmen die Chance im Wettbewerb die Nase vorn zu haben nach dem Motto: Je komplizierter, desto besser und um so schwieriger zu kopieren. Und letztlich hilft die Innovation in Produkten und Prozessen der Volkswirtschaft Arbeitsplätze zu schaffen und vorhandene Produktionsstandorte zu sichern. Lernen-Lernen-Lernen mit dem Ziel: Deutschland erreicht auf der Innovationsliste Platz 1. EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 28 UBB Bierbrauer 28

28 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! und jetzt eine interessante Diskussion EAA Kolloquium der UniBw 13. Oktober 2011 Seite 29 UBB Bierbrauer 29