LED e OLED: le sfide tecniche del 2014

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) ha pubblicato la sua versione 2014 del “Manufacturing roadmap: Solid-state lighting research and development” con un aggiornamento dei progressi di fabbricazione di LED e OLED. La roadmap completa è scaricabile a questo link: DOE Roadmap SSL 2014. In questo articolo vi darò un riassunto sulle principali sfide tecniche da affrontare nei prossimi mesi per incrementare la penetrazione sul mercato di queste tecnologie. 

L’uniformità del colore resta una problematica da risolvere. I prezzi dei LED sono in calo, anche se una maggiore diffusione dell’illuminazione a stato solido (SSL) richiede ulteriori progressi soprattutto in termini di incapsulamento (packaging). Gli OLED nel frattempo restano ancora relegati all’illuminazione degli schermi TV.

La roadmap del 2014 apre con i dati di risparmio ottenuto negli Stati Uniti grazie all’illuminazione SSL e con la buona notizia del raggiungimento dell’efficienza prevista l’anno prima, segnale che indica l’affidabilità delle previsioni del DOE. Gli autori dichiarano che il risparmio specifico per sorgenti luminose SSL ha raggiunto 188.000 miliardi di BTU nel 2013, pari a 1,8 miliardi di dollari in costi elettrici. Detto questo, il documento rileva tuttavia che la penetrazione del mercato è ancora ridotta, solo l’1% di lampade tipo A installate negli Stati Uniti sono basate su tecologia LED.

Sono necessari ulteriori sforzi per raggiungere i punti di colore desiderati e per comprendere i fattori che influenzano la stabilità del colore nel tempo. La variazione di colore nei LED è una questione che può portare lighting designer e progettisti a scartare la tecnologia SSL per le fonti esistenti. Se la prestazione di colore non può essere mantenuta durante tutta la vita della lampada non si può giustificare il costo maggiore dei LED.

Il costo della sorgente a LED resta l’ostacolo principale per incrementare la diffusione dell’illuminazione SSL. I costi per il packaging, ovvero l’incapsulamento del LED, dominano le spese complessive del processo di fabbricazione. Il DOE suggerisce che un certo numero di innovazioni potrebbero cambiare l’equazione dei costi ed ha finanziato progetti di R&S che vanno dal processo di fabbricazione al design del sistema. Il cosiddetto chip-scale packaging basato su un design flip-chip, con gran parte del lavoro di incapsulamento fatto sul wafer* piuttosto che a livello del die**, potrebbe significativamente ridurre i costi. Inoltre, i designi di apparecchi che possono utilizzare componenti senza incapsulamento potrebbero eliminare molti dei costi di packaging oggi sostenuti dai produttori di LED.

*I materiali semiconduttori che costituiscono il cuore del LED vengono formati in lunghi blocchi cilindrici tagliati poi in fette sottili chiamate wafer.

**La zona del LED dalla quale viene emessa la luce è chiamata die.

Per quanto riguarda gli OLED, le difficoltà da superare sono molte. L’industria dell’illuminotecnica ha sperato di godere dei benefici derivanti dal settore televisivo con i suoi pannelli OLED di grandi dimensioni sviluppati per l’illuminazione diretta degli schermi TV. Ma il basso costo e l’alta qualità degli schermi TV con retroilluminazione LED da un lato e l’alto costo degli OLED dall’altro ha ostacolato  la diffusione di questi ultimi rallentandone anche lo sviluppo della tecnologia.

L’industria OLED ha prima di tutto la necessità di sviluppare prodotti che siano realmente progettati e ottimizzati per applicazioni di illuminazione, e poi il bisogno di ridurre il costo di produzione di tali prodotti. I punti chiave da migliorare per ottenere cicli di produzione più brevi ed economici sono la realizzazione del substrato integrato degli OLED, la deposizione dello strato organico, e l’assemblaggio.

I settori di LED ed OLED devono affrontare problemi diversi ma migliorie nei processi base di produzione restano per entrambi la chiave per una pià ampia diffusione sul mercato. Inoltre i produttori di lampade stanno ancora imparando a sfruttare le proprietà di forma uniche di queste nuove sorgenti luminose, cosa che permetterà di ottimizzare il prodotto e ridurne ulteriormente i costi.