Le caratteristiche di durata e di efficienza energetica hanno permesso alla sorgenti Led di uscire dal ristretto novero delle applicazioni di pura segnalazione o di retroilluminazione, e di affermarsi in numerosi altri settori che promettono grandi numeri, in particolare l'illuminazione generale. Proprio in questo segmento si stanno concentrano la maggior parte degli sforzi dei costruttori di sorgenti e di prodotti complementari. Secondo i dati divulgati dalla società Yole Developpment, già oggi il mercato dell'illuminazione generale fattura da solo quasi il doppio rispetto alla somma di tutti gli altri mercati applicativi, vale a dire (in ordine di importanza) tv e monitor Lcd, cellulari, segnalazione e cartellonistica, automotive, laptop e notebook, proiettori, illuminazione personale. Il divario è destinato a crescere nel tempo. I dati del 2015 – indicano che il mercato totale supererà i 20 miliardi di dollari, con un forte incremento dell'illuminazione generica e un andamento praticamente piatto negli altri segmenti, i quali nel loro insieme si attesteranno di poco al di sotto dei 10 miliardi. Per il 2020 – un traguardo temporale oggettivamente "lontano" – Yole ipotizza un fatturato globale superiore ai 27 miliardi di dollari. All'accelerazione nell'illuminazione generale, farà riscontro la staticità degli altri comparti, i quali rimarranno ancorati sotto i 10 miliardi senza particolari spostamenti nelle singole quote. Il fatto che i Led abbiano trovato nell'illuminazione un nuovo terreno di conquista è innegabile. I dati di Strategies Unlimited confermano che il mercato mondiale dei componenti Led ha toccato nel 2012 i 13,7 miliardi di dollari, contro i 12,5 miliardi di dollari del 2011. Il settore è destinato a crescere a 15 miliardi di dollari nel 2017, con un tasso di crescita medio dell'1,8%, In questo contesto, il segmento dei Led per applicazioni di illuminazione ha raggiunto 3,11 miliardi dollari nel 2012 superando di poco il segmento della retroilluminazione per display, fermo a 3,06 miliardi dollari. Le previsioni più recenti di Strategies Unlimited relative al mercato dei Led per illuminazione indicano da qui al 2017 un tasso di crescita del 30%, con un fatturato d'uscita di 13 miliardi di dollari.
Efficienza energetica in primo piano
Nel campo dei Led per illuminazione generale, ma non solo, la ricerca sta puntando a migliorare l'efficienza energetica, soprattutto al fine di ridurre il "costo per lumen" e quindi il numero di punti luminosi da utilizzare in ogni lampada: oggi le sorgenti standard arrivano a erogare più di 120 lumen per Watt, ma le versioni in arrivo sul mercato possono fare ancora meglio, con punte di 160 lm/W. La ricerca nel campo dei Led Organici (OLed) e dei Led polimerici (PLed) permetterà presto di ottenere delle soluzioni con livelli nettamente superiori e con costi di produzione accettabili, rendendo queste nuove sorgenti convenienti anche nelle applicazioni di massa. Tale previsione è confortata dalla cosiddetta legge di Haitz (analoga alla legge di Moore nei semiconduttori), la quale descrive l'andamento nel tempo del costo per lumen dei dispositivi Led. Già oggi, benché il costo di acquisto di tutto l'insieme che compone una lampada Led sia superiore, su un periodo di esercizio di 10 anni una soluzione sostitutiva consente di ottenere importanti risparmi, che diventeranno via via più consistenti – secondo una scala logaritmica - man mano che la tecnologia evolverà.
Novità luminose
• Samsung - L'industria dei componenti Led offre soluzioni sempre più performanti, alloggiate in package sempre più ridotti. Samsung ha recentemente annunciato la nuova serie LC di Led chip-on-board, con la quale ha raggiunto un miglioramento del 10% circa su tutto l'arco delle temperature di colore disponibili. L'annuncio riguarda i Led LC013B con superficie emittente di 11 mm e le versioni LC026B e LC040B con Les da 17-mm. Le potenze sono rispettivamente di 13, 26 e 40 W mentre l'efficienza raggiunge 130 lm/W a 3000K e 143 lm/W a 5000K. Samsung proporne anche il nuovo LM561B, un Led di potenza per applicazioni di illuminazione, qualificato secondo la normativa LM-80 per assicurare almeno il 70% della sua luminosità dopo 93.000 ore di funzionamento. L'LM561B eroga 170 lm/W ed è offerto secondo una vasta gamma di temperature di colore.
• Nichia - La giapponese Nichia propone il nuovo NF2W757 in package 757 (3x3x0,52mm). Modello di media gamma più piccolo e sottile della gamma Nichia, è disponibile con potenze di 1 W o meno. Grazie all'elevato livello Cri e all'elevata efficienza il prodotto è utilizzabile individualmente o a moduli. Il "757" vanta un'efficienza di 145 lm/W (meno di 2,5 dollari per watt) e una potenza luminosa di 25155 mcd.
• Osram Os - Soleriq S 13 è il nuovo Led ad alta luminosità Osram Opto Semiconductors che in soli 13,5 mm di diametro eroga 1.500 lm in tutte le temperature di colore. Il prodotto vanta un'efficienza tipica di 100 lm/W ed è destinato ai corpi e alle lampade per applicazioni di alto livello, dove di solito sono impiegate sorgenti alogene. L'indice di resa colore per tutte le temperature è superiore a 80: ciò amplia significativamente le possibilità applicative, in precedenza limitate ai progetti downlight (plafoniere).
• Lg Innotek - Lg Innotek ha da poco presentato la serie 5630 HE caratterizzata da un'efficienza di 170 lm/W. Approvati LM80 questi prodotti sono destinati alle applicazioni d'illuminazione per interni ed esterni.
• Seoul Semiconductor - Sempre la versione 5630 – ma questa volta la C di Seoul – si spinge a un livello di efficienza di 180 lm/W, valore che la società ritiene il massimo disponibile in commercio. Seoul offre anche la versione a media potenza 3030, la quale consente di tagliare del 50% i costi in lumen per dollaro rispetto agli attuali Led packaged ad alta potenza. Il nuovo 5630C è destinato a bulbi, tubi, pannelli e a tutte le applicazioni d'illuminazione Led, mentre la versione 3030 estende invece l'offerta fino al Watt di potenza: il dispositivo dispone di un package con caratteristiche di resistenza al calore potenziate.
• Philips Lumileds - I nuovi Led ad alta potenza Luxeon TX di Philips Lumileds offrono un flusso elevato e consentono di realizzare prodotti in precedenza inaccessibili ai Led. L'estrema efficacia di questi prodotti consente di sviluppare soluzioni flessibili a costi ridotti. Per esempio, un costruttore di lampioni stradali che deve realizzare un sistema a 4000K a 70 Cri, può beneficiare dei 360 lm a 1 A (e 85 °C) per ridurre i costi totali ma può anche disporre dell'opportunità di pilotare la stessa parte a 350 mA per arrivare a un'efficienza di Led di 155 lm/W e a un'efficienza di sistema superiore a 120 lm/W. La piattaforma Luxeon TX è disponibile secondo un vasto range di temperature di colore e di Cri per soddisfare le specifiche dei sistemi di illuminazione da incasso, industriali, per interni, per esterni e di sostituzione. Inoltre, per aumentare la flessibilità, Philips Lumileds ha previsto una versione con Cri minimo di 85 CRI, consentendo ai progettisti di differenziare maggiormente i propri sviluppi.
• Cree - Cree introduce due nuovi Led Array per applicazioni ad elevata luminosità. La versione CXA3590 sviluppa fino a 16.225 lumen a 85 °C, il 68% in più rispetto alla precedente famiglia Cree più luminosa. Gli array CXA3590 offrono una sorgente luminosa ideale per gli assiemi a ioduri metallici da 250 W in quanto utilizzano il 40% in meno di potenza e durano il doppio. La versione CXA3070 sviluppa invece più di 11.000 lumen a 85 °C e condivide lo stesso ingombro del CXA3050 esistente. Entrambi i prodotti sono ottimizzati per semplificare i progetti e ridurre i costi. I nuovi array sviluppano fino a 134 lm/W a 85 °C e da 70 a 95 CRI, e sono disponibili in temperature di colore Ansi white e EasyWhite (2700 – 5000 K).
Soluzioni per il pilotaggio
Indipendentemente dal settore applicativo, tutte le tecnologie Led continuano ad aumentare la loro efficienza, a ridurre i costi e a produrre più luce con meno energia. Per risolvere i problemi associati al pilotaggio delle fonti Led, i costruttori di semiconduttori offrono un ampio spettro di soluzioni che consentono di gestire la sorgente secondo le esigenze dei vari segmenti applicativi, i quali si differenziano l'uno dall'altro per livelli di potenza, prezzi, esigenze di regolazione e così via. Illuminazione, segnalazione, retroilluminazione, automotive, cellulari e visualizzazione rappresentano i settori di riferimento per quasi tutti i fornitori, che sono molti e diversificati.
• Linear Technology - Linear Technology per esempio offre un ampio spettro di Led driver configurati per applicazioni sia in modalità inductorless (per Led in parallelo), sia di regolazione switching (Led in serie). Le architetture includono convertitori, driver e controller in topologia buck (cioè con Vin > Vout), boost (Vin < Vout), buck-boost (Vin < oppure > Vout) e così via. Tra i prodotti più recenti si segnala il Dc/Dc controller LT3797, progettato per pilotare in corrente tre Led in modalità a frequenza fissa. Operando con un valore d'ingresso da 2,5V a 40V, il driver LT3797 genera una tensione regolata a 7,5V per il gate del Mosfet a canale N dei tre canali. La flessibilità del converter si basa su due fattori chiave: la possibilità di rilevare la corrente di uscita sul lato superiore della stringa Led e la presenza di un pin di feedback di tensione. Un ulteriore elemento di flessibilità è rappresentato dagli ingressi di controllo, che consentono di regolare la corrente di uscita secondo il rapporto 3000:1. Sempre di Linear, l'LT3955 è un Dc/Dc converter progettato per operare come sorgente a corrente costante e come regolatore a tensione costante. Esso prevede un Mosfet N-channel con valore nominale 80V/3,5A ed è ideale per pilotare Led ad alta corrente, garantendo un funzionamento stabile su un ampi spettro di tensioni di alimentazione e di tensioni di uscita. Un pin di feedback permette di gestire le dotazioni di sicurezza e consente di operare come sorgente a tensione costante. Un pin assicura la regolazione della frequenza da 100kHz a 1MHz, ottimizzando efficienza, prestazioni e dimensioni dell'applicazione.
• STMicroelectronics - Stm offre un ampio portafoglio di driver ad alta efficienza per applicazioni di illuminazione generale, retroilluminazione display, automotive e segnalazione. I prodotti della nuova serie HVLed di ST combinano nello stesso package una tecnologia low-voltage allo stato dell'arte con una robusta tecnologia a 800 V per il Mosfet di potenza. Ideali per le applicazioni di pilotaggio Ac-Dc vincolate dal punto di vista degli ingombri, gli IC HVLed offrono una soluzione conveniente e compatta per pilotare i Led direttamente dalla rete raddrizzata, con una regolazione sul lato primario che taglia i costi e il numero di componenti richiesti. Nell'ambito della famiglia, la serie HVLed805 mette a disposizione una linea controller in corrente che operano in modalità Pwm con funzionamento quasi–risonante, riducendo le perdite di conduzione e commutazione e i livelli Emi. L'architettura Pwm permette di evitare il ricorso a riferimenti di tensione secondaria, optoaccoppiatori e sensori di corrente sul secondario, pur mantenendo una regolazione ottimale in caso di cortocircuito su un led della catena. Inoltre il dispositivo può anche offrire una regolazione costante di tensione che protegge l'applicazione in caso di apertura della stringa di Led.
• Diodes - La società Diodes dispone di un vasto catalogo di driver per il pilotaggio in modalità offline, Dc-Dc switching, a pompa di carica e lineare. Tali prodotti sono ideali per le applicazioni Led ad alta e bassa corrente di illuminazione generale, segnalazione, e automotive. Per supportare lo sviluppo con i suoi driver, la società propone anche una serie di strumenti, come ad esempio calcolatori parametrici e moduli di valutazione. Tra i prodotti più recenti si segnala l'AC-DC controller AP1694, una soluzione di pilotaggio universale per alimentatori da rete (120 Vac e 230 Vac), con supporto per configurazioni buck e buck-boost non-isolate e flyback isolate.
• Maxim Integrated - Un altro produttore di riferimento del settore è Maxim Integrated, il quale ha recentemente introdotto il led driver offline MAX16841. Il dispositivo offre una regolazione senza sfarfallii su tutto l'arco che va dall'intensità massima a zero. Il range di ingresso da 90 VAC 265 VAC consente di sviluppare progetti per qualsiasi mercato. Il MAX16841 permette di allungare la vita dei Led in quanto può operare senza condensatori elettrolitici, riducendo così anche gli ingombri.
• Infineon - Infineon propone una famiglia di driver Led Dc/Dc costituita da due linee: la serie BCR – caratterizzata da profili, dimensioni e costi ridotti – e la serie ILD – caratterizzata da un'altissima efficienza.Entrambe le serie prevedono una vasta gamma di versioni con controller e modulo di potenza integrati. La serie BCR è in grado di erogare correnti da 10 mA a 250 mA, proponendosi come scelta ideale nella applicazioni regolabili di illuminazione generale. I driver switch-mode ILD supportano invece correnti da 150mA a 3A, indirizzando le applicazioni Led ad alta corrente.
• Texas Instruments - Anche Texas Instruments propone delle soluzioni per qualsiasi tipo di illuminazione Led. In particolare, uno degli ultimi annunci riguarda il TPS92411, un Mosfet da 100-V a bassa corrente di ripple nato proprio per le applicazioni Led. Da utilizzare insieme a un regolatore di corrente, il dispositivo raggiunge un fattore di potenza pari a 0,9 offrendo prestazioni paragonabili a quelle dei driver Led Ac/Dc tradizionali in configurazione flyback, buck o boost. L'approccio non prevede componenti induttivi, riducendo così costi e ingombri.
I produttori di driver per applicazioni Led sono alquanto numerosi e citarli tutti sarebbe impossibile. Tra i nomi più noti del settore, si segnalano Exar, Richtek, Marvell, Giantec Intersil, Macroblock, Torex, Active Semi, Toshiba, Semtech, Ixys, e Monolithic Power System. A questi si aggiungono quasi tutti i nomi attivi nel campo dei semiconduttori di potenza, i quali propongono dei componenti generici che possono essere facilmente adattati al pilotaggio dei circuiti Led.
