“Il classico bulbo con anima incandescente di wolframio non sarà forse ancora sparito in via definitiva dal mercato, ma è solo questione di tempo - afferma in una recente intervista Alfonso Maruccia di General Electric - la migrazione verso le fonti di illuminazione efficienti è un dato di fatto”. Anche per questo, già dall’ottobre del 2007 GE ha annunciato la dismissione della produzione di bulbi a incandescenza tradizionali per focalizzare la propria attenzione sulle tecnologie Led e Oled. “L'illuminazione basata su Led e Oled - sottolinea GE - è ora bilanciata per sorpassare i livelli di efficienza previsti per lampadine incandescenti ad alta efficienza, assieme alle altre tecnologie ad alta efficienza energetica come quelle fluorescenti, e offre ulteriori benefici di lunga durata e robustezza". Ma se è vero che la direzione è quella, non tutto sembra ancora pronto per la definitiva scesa in campo delle nuove tecnologie. Da più parti, alcuni anche con una certa veemenza, si evidenziano ancora tutti quelli che sono i difetti, o presunti tali, dei Led: sono una fonte di luce molto piccola e quindi estremamente abbagliante, hanno una resa cromatica scadente, hanno una durata di vita realistica inferiore a quella dichiarata, hanno comunque bisogno di raffreddamento, le lampade a Led fanno delle ombre sfrangiate, quando si rompono i Led tutto l'apparecchio è da buttare. Per gli Oled il discorso si ferma subito visto gli alti costi di produzione e le applicazioni ancora tutte da definire. In una via di mezzo, tra il possibilista e il cauto, si pone Franco Rusnati, responsabile dell’attività tecnico/normativa di sicurezza, sia a livello nazionale che internazionale di Assil, Associazione Nazionale Produttori Illuminazione. “Certamente l’evoluzione è ancora in corso. Siamo passati da Led di segnalazione a Led di illuminazione da 20 a 40 lumen per watt, ma il prossimo traguardo sono i 100 lumen per watt. I vantaggi principali sono sicuramente il minor consumo e il fatto che la lampada non si riscaldi. I difetti sono proprio quelli: singolo punto di luce, un piccolo angolo di illuminazione e il colore, con la difficile resa del bianco”. È anche vero però che ormai sono diverse le implementazioni di soluzioni con Led, come la distribuzione di tanti Led su una piastra per ottenere effetto lampadina “a incandescenza” o degli stessi Oled, cioè di microLed, che rendono molto più luminosa una singola piastra. “I Led sono sicuramente una valida alternativa alle lampade incandescenza o a fluorescenza, anche se per ora sono stati utilizzati prevalentemente in “strisce di Led” per illuminare ambienti piccoli dove serve poca luce: i Led sono molto utilizzati dai costruttori di mobili o di elettrodomestici, per l’illuminazione di piccoli interni, illuminazione stradale non primaria e di facciate di case o punti storici”.
Un mercato destinato a esplodere
Nel 2008 il mercato dei Led ha interessato più del 25% del totale dei 18,7 miliardi di dollari dell’industria optoelettronica, il secondo principale comparto dopo i sensori d’immagine.
Il mercato dei Led crescerà del 2,9% nel 2009. Questo in base a un’analisi di iSuppli, che tra l’altro prevede una decrescita del mercato dei semiconduttori del 9,4% nel 2009. La crescita di quasi il 3% dei Led segue la crescita del 10,8% nel 2008 nonostante anche l’anno scorso si sia assistito a una diminuzione della produzione di altri componenti. Anche per quest’anno quindi, a fronte di una contrazione della maggior parte degli altri componenti, il mercato dei Led è destinato a crescere. iSuppli evidenza anche come il mercato dei Tv Lcd nel 2009 è previsto consumi qualcosa come 163 milioni in Led, con una crescita del 220% rispetto ai 51 milioni del 2008. Il messaggio che arriva da questa analisi indica come l’utilizzo di Led per l’illuminazione rappresenti il futuro del mercato, anche perché la domanda globale di illuminazione allo stato solido è previsto ammonti a 40 miliardi di dollari nel 2012 con un incremento annuo medio di circa il 7%. Le emergenti economie di Cina, India e Russia saranno i mercati a più rapida crescita per i prodotti di illuminazione allo stato solido; guidati dalla domanda interna soprattutto per la rapida crescita delle costruzioni non-residenziali, questi tre Paesi assorbiranno il 40% della domanda addizionale generata nel periodo 2007-2012. La maggiore richiesta arriverà dalla Cina, che ci si attende diventi il principale mercato per il Led lighting.
La morte lenta: pregio e difetto
I Led sono catalogati come dispositivi “solide-state”’ perché producono luce da un singolo componente solido, piuttosto che dai tradizionali tubi o vacuum di altri bulbi luminosi. Come già accennato, i Led hanno diversi vantaggi rispetto ad altri sistemi di emissione di luce: sono molto più efficienti, hanno un tempo di vita maggiore, perdono luminosità in un periodo di tempo molto più lungo rispetto alla “morte improvvisa” dei classici bulbi. Inoltre, le loro ridotte dimensioni permettono di inserirli all’interno di schede a circuito stampato per lo sviluppo di schermi a cristalli liquidi o per l’illuminazione di tastiere e keyboard. “La morte lenta di un Led è un vantaggio e uno svantaggio nello stesso tempo - afferma ancora Franco Rusnati di Assil. Il fatto di non avere una fine vita catastrofica, come avviene per le lampade a incandescenza o luminescenti, significa che hanno un decadimento di flusso lento che arriva fino a zero. Una lampada in tecnologie classica una volta che è morta si vede, mentre la luce sempre più debole dei Led può passare inosservata ed essere fonte, seppur minima, di problemi. È per questo che i costruttori di Led stanno cercando un accordo per una normativa che stabilisca la “vita presunta” dei Led con luminosità al 50-70%. Scopo è arrivare a indicazioni del tipo: “il mio Led arriva al 70-50% di luminosità in 10-20-30 mila ore”. Una normativa è auspicata anche per la produzione di apparecchi con moduli Led integrati. “Serve anche una normativa per gli attacchi per moduli intercambiabili in sostituzione di quelli difettosi od obsoleti. Perché può sempre esistere un difetto di fabbricazione del modulo, anche perché il ‘difetto zero’ non esiste proprio”.
Risparmio e luce: un connubio ancora difficile
“Il mercato dei Led è dominato in Europa da due grandi produttori, Philips e Osram, anche se iniziano ad affacciarsi nuovi produttori provenienti dal Far East: un mercato ancora circoscritto che vede i Led locali usati dai produttori locali per fare i propri prodotti di illuminazione”. Esistono in sostanza molti limiti allo sviluppo di implementazioni “importanti” nel campo dei Led. “Recentemente il Comune di Torraca in provincia di Salerno fa scuola in materia di efficienza energetica nell’illuminazione pubblica. La cittadina di poco più di 1.200 anime ha voluto fregiare del titolo di Led City, ovvero di città illuminata completamente con la tecnologia a basso consumo energetico Led. Grazie a un investimento di 280 mila euro di fondi regionali, la vecchia rete di illuminazione è stata sostituita con una a Led con circa 700 punti luce installati. Secondo i calcoli dell’amministrazione comunale, i nuovi impianti comportano un risparmio energetico di circa il 65%, e una riduzione dei costi di manutenzione pari a circa il 50% nonché del 90% dell’inquinamento luminoso. Tutto questo è vero, ma io credo – conclude Franco Rusnati – che tutto questo sia stato fatto a discapito dell’illuminazione cittadina. Oggi per avere dai Led la stessa luminosità, il risparmio in quelle proporzioni non è ancora possibile”.
L’importanza dell’ultravioletto
Se i Led ad alta luminosità sono quelli che stanno sperimentando i trend di crescita maggiori, grazie soprattutto alla loro applicazione come fonte di illuminazione, non vanno però dimenticati i Led UV. Quello degli ultravioletti è un mercato stimato in 500 milioni di dollari. Grazie alla loro compattezza, ai bassi costi di manutenzione e a uno sviluppo relativamente semplice, è convinzione diffusa che gli UV-Led sostituiranno la tecnologia tradizionale e apriranno le porte a diverse nuove applicazioni, soprattutto nei dispostivi portatili.
Nel 2008 i Led nello spettro A/B degli UV hanno dominato nel comparto dei dispositivi per applicazioni inferiori a 400 nm. Più del 90% del mercato UV-Led riguarda applicazioni di conservazione, rilevazione dei falsi, apparecchiature medicali, mentre il rimante 10% interessa sistemi di purificazione dell’acqua e dell’aria. Se i Led UV-A domiano attualmente il mercato, I led UV-C sono detinati a trainare il mercato dei prossimi anni, acnhe se le reali applicazioni sono ancora poche rispetto alla tecnologia disponibile e alle sfide in termini di output di potenza, efficienza, costi e durata.
Le principali applicazioni dei Led UV-C sono oggi da ricercarsi negli strumenti di analisi scientifica, mentre le prime applicazioni su larga scala si avranno intorno alla fine del 2010, sia come soluzione di disinfestazione che in nuove applicazioni portatili. La crescita del mercato UV-C è fortemente legata alla disponibilità di substrati AIN che teoricamente potrebbero moltiplicare di un fattore 100 l’uscita di potenza ottica. A dimostrazione dell’enorme potenziale dei Led UV, basta pensare alla loro capacità di purificare e sterilizzare l'acqua e le superfici, indurire e fissare le vernici, gli adesivi e le materie plastiche, riconoscere le falsificazioni, i cibi scaduti e le incrinature nei materiali e nei componenti in lavorazione. Infine, ma non meno importante, la tecnologia UV può essere utilizzata per scopi pubblicitari e per creare effetti speciali nell’illuminazione di teatri, discoteche e bar.
L’emergente mercato degli Oled
Si legge spesso che stiamo per essere invasi da una marea di prodotti come fotocamere e televisori con display basati su tecnologia Oled. La tecnologia Oled (Organic Light Emitting Diode) permette di realizzare display a colori con la capacità di emettere luce propria: a differenza dei display a cristalli liquidi, i display Oled non richiedono componenti aggiuntivi per essere illuminati, ma producono luce propria; questo permette di realizzare display molto più sottili e addirittura pieghevoli e arrotolabili, e che richiedono minori quantità di energia per funzionare. A causa della natura monopolare degli strati di materiale organico, i display Oled conducono corrente solo in una direzione, comportandosi quindi in modo analogo a un diodo; di qui il nome di Oled, per similitudine coi Led. La tecnologia Oled ha grandi vantaggi (bassa tensione di alimentazione, ottimo contrasto, brillantezza dei colori) tuttavia presenta ancora dei limiti. Primo fra tutti il costo ancora elevato del processo produttivo. In secondo luogo gli schermi Oled hanno una durata molto inferiore agli schermi a cristalli liquidi e agli schermi al plasma. Il materiale organico di cui sono composti, infatti, tende a perdere la capacità di emettere luce dopo poche decine di migliaia di ore di esercizio. La spinta tecnologica è comunque molto forte: solo nel 2008 l’innovazione ha portato gli Oled da 24mila a 100mila ore di durata e il Dipartimento dell’Energia statunitense indica il 2012 come data per un’efficienza degli Oled di 150 lumen per watt. Indicazioni di analisti prevedono inoltre per il 2015 un mercato Oled per 2,3 miliardi di dollari. Sono significativi i progressi realizzati dai produttori. General Electric e Fraunhofer Institute hanno dimostrato che è possibile produrre Oled a costi decisamente inferiori. I ridotti costi di stampa e nuove molecole d’inchiostro renderanno appetibili gli Oled in tutto il mercato della retroilluminazione, mercato che sarà di circa 1,1 miliardi di dollari nel 2015. Anche in termini di dimensioni le cose stanno cambiando: in Asia hanno gia iniziato a produrre display Oled di maggiori dimensioni e nel giro di pochi anni avremo pannelli sempre più ampi. Il formato flessibile disponibile con la tecnologia Oled inoltre spingerà la ricerca per applicazioni di tipo consumer e per l’architettura. Quindi mercati di grandi volumi. Prime applicazioni si sono viste già nel corso del 2008 con le ‘tavole luminose’: NanoMarkets prevede che le vendite di applicazioni di illuminazione specialistiche e architetturali interesseranno il mercato per 1,9 miliardi di dollari nel 2015.
Un progetto per illuminare a Oled
Il progetto Olla (Organic Led for Ict and lighting applications), sostenuto dall'UE con 12 milioni di euro in finanziamenti e dallo scorso anno giunto alla sua conclusione, è stato sostituito dal nuovo progetto Oled100.eu.
Il nuovo partenariato, creato tra aziende europee leader, si misurerà con la tecnologia per illuminazione Oled. L'obiettivo del progetto è quello di migliorare l'efficienza, la durata e la dimensione dei diodi a emissione di luce. Coordinato da Patrick Keur, Oled100.eu, iniziato il primo settembre 2008 terminerà nel 2011. I partner del progetto si sono posti l’obiettivo di ottenere un'efficienza luminosa di 100 lumen per watt, di allungare la durata di oltre 100.000 ore, di ampliare l'area a un metro per un metro e di ridurre i costi di produzione a 100 euro al metro quadro o anche meno. Per quasi due decenni gli scienziati hanno cercato dei modi per trasformare l'energia elettrica in luce visibile utilizzando mezzi diversi dalle sorgenti a incandescenza. Essi hanno anche provato a offrire al mercato delle luci molto efficienti e completamente personalizzabili nella forma, nel colore e nell'aspetto. Tuttavia, hanno concentrato le loro energie soltanto sulle applicazioni per display. Alcune fonti ora dicono che il potenziale della tecnologia Oled è grande, in particolare poiché gli Oled possono dare una miriade di prodotti che offrono alta efficienza e alta luminosità, diversi aspetti, oltre a varie forme e combinazioni di colori. Il team di ricerca di Oled100.eu è convinto che la tecnologia Oled abbia il potenziale per diventare, come fonte di luce, la scelta numero uno per varie applicazioni, tra cui retroilluminazione per display a cristalli liquidi, luci di emergenza, segnalazioni e insegne pubblicitarie. Entro il 2023, questi particolari diodi saranno riusciti a rimpiazzare tutte le luci usate attualmente, sia a incandescenza che a fluorescenza, e Olla avrà aiutato con successo a far iniziare questo fenomeno. Olla ha recentemente presentato la tecnologia di base per una fonte di luce bianca Oled altamente efficiente basata sulla tecnologia di Novaled PinN Oled. I risultati ottenuti in Olla includono anche il lancio di grandi Oled privi di ossido di indio e stagno, i primi Oled stampati su un'ampia superficie e un numero di prodotti dimostrativi per le tecnologie dell'informazione e della comunicazione.
Un consorzio per la ricerca sugli Oled
CombOled è un progetto di ricerca e sviluppo parzialmente finanziato dalla Comunità Europea all’interno del Settimo Programma Quadro iniziato il primo gennaio 2008, che durerà 36 mesi e vedrà la sua conclusione alla fine del 2010. L’obiettivo è di combinare nuovi substrati, processi produttivi più vantaggiosi e materiali a più basso costo per ottenere soluzioni di Oled da illuminazione meno costose e maggiormente profittevoli. La riduzione dei costi insieme alla trasparenza del prodotto, costituiscono due fattori chiave che garantiranno una più rapida penetrazione della tecnologia all’interno del mercato dell’illuminazione. Ciò consentirà alla compagnie che operano nel settore dell’illuminazione di mantenere la loro leadership nel mercato al livello mondiale. I partner impegnati nel progetto sono sette e localizzati in quattro nazioni europee (Francia, Germania, Italia e Spagna). Il Consorzio è costituito da multinazionali leader nei rispettivi settori di mercato (Osram Opto Semiconductor, Saint Gobain, Siemens, Cea Leti), aziende ad elevato contenuto di innovazione (Schreiner Group, PPML) a cui si aggiunge l’Università di Valencia. Le rispettive competenze che partono dalla fornitura dei substrati alla realizzazione dei dispositivi fino alla progettazione degli applicativi e alla realizzazione di prototipi integranti la tecnologia permettono di costituire l’intero supply-chain del prodotto.
Dai semiconduttori al silicio a quelli biologici
Il progetto ONE-P (Nano-materiali biologici per elettronica e fotonica) ha ricevuto uno stanziamento di 18 milion di euro nell’ambito del Settimo programma quadro, e conta 28 partner provenienti da 10 Stati membri dell'UE. Attualmente, la maggior parte dell'elettronica si basa su semiconduttori a base di silicio, che hanno però alti costi di realizzazione e la loro fabbricazione richiede molta energia e genera un grande volume di rifiuti. Il progetto ONE-P lavorerà invece sul settore, in rapida crescita, dei semiconduttori biologici a base di carbonio. A differenza della loro controparte a base di silicio, questi semiconduttori hanno costi di fabbricazione bassi e la loro produzione è molto più rispettosa dell'ambiente, in quanto richiede meno energia e genera meno rifiuti. Nell'ambito di questo progetto triennale, i ricercatori svilupperanno nuovi nano-materiali da usare in pannelli fotovoltaici, rivelatori fotoelettrici e diodi emettitori di luce biologici, tra le altre cose. Se tutto andrà secondo i piani, i materiali sviluppati durante il progetto saranno stabili, facili da lavorare, a basso costo e non nocivi per l'ambiente. "La responsabilità degli scienziati consiste nello sviluppare tecnologie sostenibili che riducano l'impatto ambientale e migliorino, allo stesso tempo, il benessere delle persone," ha commentato il coordinatore del progetto, il professor Yves Geerts dell'università libera di Bruxelles, in Belgio. Usando come esempio l'illuminazione, ha spiegato che una lampadina tradizionale emette circa 20 lumen per watt, mentre le odierne lampadine a risparmio energetico emettono quasi 80 lumen per watt. Nel mondo dell'elettronica biologica, ci sono già Oled in grado di eguagliare tranquillamente l'efficienza delle lampadine a risparmio energetico e, con ulteriori ricerche, queste nuove fonti di luce saranno presto in grado di fornirci gli stessi livelli di luce delle lampadine normali per una frazione dell'energia.
