Il mercato dell'optoelettronica è destinato a subire una forte espansione, dopo essersi già ripreso tra il 2003 e il 2005 dagli effetti della bolla speculativa del 2000. L'Oida (Optoelectronics Industry Development Association) stima che l'industria dei componenti optoelettronici (display, Led, laser, sensori di immagini e fibre ottiche) e dei prodotti da essi abilitati varrà complessivamente circa 1000 miliardi di dollari nel 2016, e sarà caratterizzata da un tasso medio di crescita dell'11 %, segno che il settore gode di ottima salute. I reali fattori di traino saranno sempre più le applicazioni consumer e per l'intrattenimento, che hanno preso il posto dei mercati tradizionali dell'optoelettronica, come quello delle comunicazioni. Un'applicazione destinata ad espandersi fortemente in futuro è quella di cellulari e Pid (Portable Information Devices), in cui l'optoelettronica trova sempre più spazio come elemento chiave di differenziazione. Ad esempio, negli iPhone di Apple, i display, dotati di funzionalità touchscreen, hanno dimensioni pari a 1/2 Vga, più sottili e più grandi dei più comuni display Qvga usati per i comuni dispositivi Pid (pari a 100 × 50 20 mm), con risoluzione pari a 320 × 480 pixel e 163 ppi (pixel per pollice). Il costo dei componenti optoelettronici, che comprende il modulo per la fotocamera, i display e i sensori, pesa per circa il 30% del bill-of-material complessivo degli iPhone.
I laser nel blu troveranno ampia applicazione in ambito consumer, grazie alla diffusione di applicazioni pervasive come i mouse ottici e i lettori Dvd di nuova generazione tipo Blu-ray. Sensori di immagini e fibre ottiche stanno anch'essi trovando vasto impiego al di là delle applicazioni tradizionali, soprattutto in campo automotive e consumer, oltre che industriale.
Anche il settore delle celle solari, considerate come parte del mercato optoelettronico, dovrebbe crescere ben al di là delle aspettative. I produttori di celle solari stanno infatti sviluppando soluzioni alternative al silicio, basate su tecnologie Tft (Thin Film Transistor) e nanoelettroniche, in grado di abbattere i costi oltre a ridurre il rischio di shortage, cui possono essere soggetti i substrati al polisilicio.
Il costo rappresenta infatti un fattore chiave per la diffusione delle tecnologie optoelettroniche. Su questo aspetto influisce notevolmente l'efficienza nella progettazione e nella fabbricazione e l'assenza di package e di tool di progettazione standard. Il grado di maturità dell'industria optoelettronica è paragonabile a quella dei semiconduttori degli anni 70 - 80. Il fatto che, contrariamente alle società di semiconduttori nel campo della microelettronica, che hanno subito, ad eccezione di quelle di dimensioni maggiori, una transizione vero il modello fabless, gran parte delle società impegnate nell'optoelettronica possiede impianti di fabbricazione, e solo ultimamente stanno emergendo fonderie di componenti optoelettronici, private o realizzate con finanziamenti pubblici, che potrebbero apportare miglioramenti significativi nell'efficienza in produzione.
Led: una tecnologia sempre più pervasiva
In base ad una stima della società di analisi Strategies Unlimited, nel 2007 il mercato complessivo relativo ai Led ha totalizzato circa 4,6 miliardi di dollari, di cui circa 1 miliardo di dollari in Europa. Sono quattro i principali settori applicativi emergenti dei Led: nei terminali portatili; nella segnaletica stradale (ad esempio nei semafori e nell'illuminazione) nella realizzazione di pannelli pubblicitari e della retroilluminazione dei display; in campo automotive e nell'illuminazione allo stato solido. Per introdurre soluzioni Led per queste applicazioni emergenti bisogna essere innanzitutto aggressivi sui prezzi. È necessario ottimizzare la fabbricazione e le rese per ottenere valori ottimali di luminosità e di prestazioni ottenendo costi più bassi, pur senza sacrificare la qualità.
Il mercato relativo alla segnaletica stradale, alla cartellonistica pubblicitaria e alla retroilluminazione dei display, vale da solo poco più di 1 miliardo di dollari. Per queste applicazioni trovano spazio tipicamente i Led ad alta potenza, che devono soddisfare requisiti severi in termini di affidabilità e durata. Avago, ad esempio, ha appena annunciato la nuova serie Moonstone di Led bianchi da 1 Watt pensati per l'illuminazione di esterni e per le luci decorative. I nuovi Led, oltre ad essere ottimizzati per l'affidabilità ed una lunga vita operativa, sono in grado di emettere un flusso luminoso di 95 lumen con una corrente di pilotaggio di appena 350mA.
Le applicazioni in campo automotive valgono 740 milioni di dollari e saranno caratterizzate da un tasso medio di crescita del 14,2% fino al 2010. Queste ultime riguardano sia i Led a bassa potenza, usati per l'illuminazione del cruscotto, usa per i sensori di luce ambientale, per l'illuminazione di cortesia all'apertura delle portiere, sia i dispositivi ad alta potenza (da 1 Watt e oltre) per i fari frontali delle auto. Quest'ultima applicazione tuttavia non prenderà piede molto presto, a causa dei requisiti particolari, in termini di prestazioni e di potenza, imposti dall'applicazione. Alcuni produttori, come Audi, introdurranno nel corso di quest'anno alcuni modelli di autovetture di lusso, come le Audi R8, presentate in anteprima al Salone Mondiale dell'Automobile di Parigi nel 2006, e dotate di illuminazione frontale realizzata in tecnologia Led. Le nuove Audi R8 montano 24 Led per i fari frontali e 186 Led per le luci dei freni, della linea Luxeon Automotive prodotta da Philips Lumileds.
Infine le applicazioni portatili, come i telefoni cellulari e i Pda, riguardano un giro di affari di poco più di 2 miliardi di dollari, con un tasso di crescita del 2,6% fino al 2010.
Per dimensioni dei display inferiori ai 15 pollici, i Led potrebbero sostituire i sistemi di retroilluminazione a Ccfl (Cold-Cathode Fluorescent Lamp), usati soprattutto nei display per computer e per le Tv. Questo può avvenire grazie ai notevoli miglioramenti e alla riduzione dei prezzi cui ha assistito la tecnologia Led. Un altro fattore di traino importante è dato dalle direttive sull'ambiente. Le lampade Ccfl infatti contengono mercurio, un materiale ritenuto cancerogeno ed altamente inquinante. Ultimamente tuttavia i produttori di lampade fluorescenti hanno ridotto i livelli di mercurio nelle proprie lampade, e stanno sviluppando alcune versioni prive di mercurio. La maggiore attenzione verso l'ambiente e il risparmio energetico accelererà tuttavia la migrazione verso le soluzioni di retroilluminazione a Led. Queste ultime forniscono l'80% della luminosità, a fronte del 60% dei consumi rispetto a un'analoga soluzione Ccfl. Un altro grande vantaggio dei Led è nella tensione di pilotaggio, molto più bassa dei 1.500-1.600 V in alternata per lo startup e da 700-800 Vac a regime, dato che richiedono al massimo 12 - 24 V in continua, eliminando la necessità di un inverter e la produzione di interferenze elettromagnetiche. Inoltre i Led assicurano una migliore resa dei colori ed emettono luce in modo direzionale, quindi sono più efficienti, in termini di lumen per Watt, nelle applicazioni in cui non è richiesto un ampio angolo di visione.
I display retroilluminati a Led non troveranno applicazione solo in ambito consumer. Sharp ha introdotto di recente un Lcd Tft da 10,4 pollici, della Strong2, per applicazioni industriali con retroilluminazione a Led, ottimizzati per la robustezza meccanica, in grado di operare in un intervallo di temperature compreso tra -30°C e +80°C e di assicurare una durata di almeno 50.000 ore.
Sono ancora una volta le normative e la maggiore sensibilità dell'opinione pubblica in materia ambientale i principali fattori di traino per la diffusione delle soluzioni di illuminazione allo stato solido in sostituzione alle tradizionali lampade ad incandescenza. Durante l'evento Strategies in Light che si è tenuto lo scorso febbraio a Santa Clara, in California, Danny Yu, VP Business Management and Strategic Marketing di Philips Lumileds, ha illustrato le opportunità di crescita di questa applicazione. Affinché essa prenda piede, occorre che i produttori di Led si focalizzino su aspetti critici come la qualità della luce emessa e l'affidabilità sul lungo termine, oltre ai tradizionali criteri come il rapporto i lumens per Watt, lumens per dollaro e lumens per millimetro quadro. L'adozione dei Led di potenza nei mercati dell'illuminazione generale richiede che i sistemi di illuminazione a Led assicurano un funzionamento affidabile fino a 50.000 ore o più, nell'intervallo compreso fra - 40°C e + 85°C, e che la qualità dei Led nel bianco migliori sensibilmente. I produttori di componenti passivi e di driver devono migliorare la propria capacità di sopportare temperature estreme, fattore questo particolarmente critico per le applicazioni negli esterni e minimizzare ripple e impulsi che possono impattare sulle prestazioni dei Led. Anche l'assemblaggio dei Pcb deve migliorare di modo che le schede e i giunti di saldatura non provochino danni in condizioni ambientali ostili.
I produttori di circuiti integrati di pilotaggio, di componenti passivi e di Pcb devono quindi collaborare con i produttori di Led al fine di sviluppare soluzioni ottimizzate per l'applicazione a livello di sistema. Per risolvere questi problemi è stato costituito nel 2002 l'Assist (Alliance for Solid State Illumination Systems and Technologies), un consorzio che ha lo scopo di facilitare lo sviluppo di soluzioni di illuminazione allo stato solido più efficienti. Assist conta fra i suoi membri Cree, Liteon, Ge Lumination, Osram e Philips Lumileds.
I Led possono trovare impiego anche in applicazioni di grande rilevanza sociale: dato che consumano solo una frazione dell'energia richiesta dalle tradizionali lampade ad incandescenza, costituiscono una soluzione ideale per l'illuminazione nelle aree del terzo mondo in cui sono presenti vaste zone distanti dalle centrali elettriche, in cui l'energia elettrica manca o è insufficiente.
Anche gli Oled (Organic Light Emitting Diode) possono anche essere usati per l'illuminazione allo stato solido, offrendo importanti vantaggi in termini di facilità di lavorazione, di superficie emissiva ottenibile e di costi. Quello dei Led organici è un mercato potenzialmente di grandi dimensioni, soprattutto per quanto riguarda la realizzazione di display di dimensioni medio-piccole (da 1 fino a 7 pollici) per applicazioni quali telefoni cellulari, terminali portatili, fotocamere digitali, Mp3, navigatori per auto. In base ad un recente rapporto della società Global Industry Analysts, il mercato dei display Oled supererà i 4,5 miliardi di dollari entro il 2010. Fra i maggiori player in questo settore figurano Samsung SDI, LG Electronics, RiTdisplay, Tohoku Pioneer, Univision Technology e Tdk. Un esempio di applicazione è dato dai nuovissimi modelli di cellulari U9 di Motorola, che integrano un display Oled. Al di là del 2010 ci saranno opportunità anche per i display Oled di grandi dimensioni come quelli per le Tv; nel frattempo gli Oled diventeranno una tecnologia chiave per la realizzazione dei display flessibili, che riguarderanno complessivamente un giro d'affari di 12 miliardi di dollari entro il 2015, secondo Displaybank.
Sensori e fibre ottiche: le applicazioni emergenti
Una varietà di componenti, come sensori per la misura delle distanze, sensori di polvere e di angoli e fotointerruttori, costituiscono degli elementi importanti per assicurare prestazioni ottimali nelle applicazioni optoelettroniche, ad esempio per realizzare interfacce utenti intelligenti, display con condizioni di visualizzazione ottimali, oppure per ottimizzare i consumi nei sistemi di retroilluminazione o per mettere a punto interfacce utente innovative, in campo sia industriale, sia consumer.
Samsung ha introdotto ad esempio un display Lcd da 57 pollici in grado di riconoscere i movimenti degli utenti quando questi ultimi si trovano a breve distanza dal monitor. Il riconoscimento dei movimenti avviene grazie ad un sistema basato su sensori 3D del movimento sviluppato dalla società Reactrix Systems. Samsung prevede di commercializzare questo monitor nel corso di quest'anno per applicazioni quali i display pubblicitari.
Un'applicazione emergente molto importante dei sensori optoelettronici è a bordo dell'auto, ad esempio nei sistemi di infotainment basati sullo standard Most per ridurre i consumi di carburante o per mettere a punto sistemi i controllo dei sedili, per la rilevazione dei passeggeri a bordo dell'auto, per controllare il flusso dell'area o l'apertura degli airbag. Le applicazioni automotive richiedono intervalli di temperatura estesi e raggio operativo elevato.
L'integrazione di videocamere a bordo dell'auto è ancora un mercato agli albori con meno di un milione di unità consegnate all'anno, ma sta emergendo rapidamente. Una prima applicazione è nei sistemi di visione notturna e di assistenza alla retromarcia (blind spot coverage), il cui uso è obbligatorio in Asia e fortemente promosso in Nord America. Una seconda applicazione, più complessa, è nelle soluzioni per l'assistenza alla guida e il controllo adattativo di crociera in cui si usano videocamere intelligenti e algoritmi sofisticati per consentire all'auto di reagire immediatamente alle condizioni esterne, ad esempio regolando automaticamente la velocità in base alle indicazioni stradali, o prendendo il controllo dei freni e dello sterzo in caso di rischio di collisione oppure ancora azionando l'apertura degli airbag. Alcuni modelli di auto introdotti di recente sul mercato, come alcune Volvo e Volkswagen, integrano sistemi di visione simili. Questi ultimi devono assicurare un ampio angolo di visione e una risoluzione Wvga. Al momento sono disponibili videocamere basate su sensori di tipo sia Ccd, sia Cmos. Le due tecnologie sono complementari: nelle applicazioni in cui è richiesta sensibilità molto alta (ad esempio nei sistemi per la visione notturna) è preferibile usare le soluzioni Ccd; la tecnologia Cmos per contro assicura un intervallo dinamico più alto, che è richiesto nelle soluzioni di controllo adattativo di crociera.
Grazie ai recenti progressi compiuti nella miniaturizzazione, le videocamere troveranno applicazione anche in campo medicale, consentendo di effettuare diagnosi e trattamenti ai pazienti in modo non invasivo. Olympus ha sviluppato delle capsule inghiottibili che integrano delle microcamere in tecnologia Mems, e consentono di effettuare analisi endoscopiche, molto dolorose con le tecniche tradizionali, scattando fino a 50.000 di immagini dello stomaco e dell'intestino e di trasmetterle in modalità wireless ad un terminale.
Grandi opportunità esistono anche per le fibre ottiche plastiche (POF). La società di analisi Electronicast Consulting prevede che il mercato ad esse relativo passerà da 1,09 miliardi di dollari nel 2005 a 2,02 milioni di dollari nel 2009, fino a raggiungere i 2,88 miliardi di dollari nel 2012. Oltre alle applicazioni più affermate in campo automotive e industriale, dove le fibre ottiche plastiche trovano impiego grazie alla loro robustezza, flessibilità, facilità di installazione, e all'immunità alle interferenze elettromagnetiche, le Pof troveranno vasta applicazione anche nelle reti domestiche e in campo medicale. Un altro settore molto promettente è quello consumer, destinato ad affermarsi nel giro dei prossimi 2 o 3 anni. Oltre alle interconnessioni fra dispositivi multimediali, come i lettori Cd e Dvd e fotocamere, che rappresentano un mercato relativamente maturo, un'applicazione destinata a subire un grosso sviluppo in futuro è quella della telefonia cellulare. Grazie e alla robustezza meccanica intrinseca, le Pof possono sostituire le connessioni elettriche ai display nei modelli di cellulari pieghevoli, in particolare nei modelli di alta fascia, che rappresentano almeno il 10% del mercato complessivo. L'uso delle Pof al posto dei tradizionali cavi in rame consente di aprire e chiudere i cellulari per un alto numero di volte senza arrecare danni meccanici alla fibra. Nel lungo termine le fibre ottiche plastiche troveranno impiego anche nei Pc e nei monitor Tv ad alta definizione.
