L’evoluzione di LED e OLED: rapporto 2014 del DOE

Ad aprile 2014 è stato pubblicato il piano di programma 2014 del Dipartimento degli Stati Uniti dell’Energia (Department Of Energy) sullo Solid State Lighting (SSL), l’illuminazione a stato solido, in pratica LED e OLED. Il DOE rilascia periodicamente documenti che fanno il punto della situazione sulla ricerca, la produzione, la commercializzazione, tutto quello che riguarda il SSL e sono molto utili per capire in che direzione sta andando il mondo di LED e OLED. Il documento ufficiale lo trovate a questo link, di seguito riporterò un breve estratto. 

La penetrazione dei LED in Europa è cresciuta rapidamente in questi anni, il DOE ha stimato 184 milioni di unità vendute nel 2013. I settori principali sono quelli commerciale, industriale e municipale, solo per ultimo quello residenziale. Il CLASP ( Center for Law and Social Policy), un’agenzia internazionale che promuove l’uso di apparecchi ad alta efficienza energetica, prevede che nel 2030 i 2/3 delle lampade nei settori non residenziali sarà a LED. Questo significa che a fronte di una crescente domanda di illuminazione i consumi caleranno del 24% con un risparmio annuo di 53 Tera Watt ora (TWh).

Nel Regno Unito si è registrato un calo dell’energia usata per illuminazione residenziale del 30% dal 2007 al 2011 ed il crescente utilizzo di lampade a LED porterà ad una riduzione ancora maggiore nei prossimi anni.

Negli Stati Uniti il numero di lampade LED è cresciuto di 20 volte in 3 anni arrivando a 105 milioni di unità portando nel 2013 un risparmio energetico pari a 1,8 miliardi di dollari. Un buon risultato considerando che la penetrazione del mercato americano è solo del 1,3% per applicazioni indoor e del 5,8% per applicazioni outdoor.

I costi degli apparecchi LED, dal 2012 al 2013, sono calati in media del 15%.

Un commento a parte va fatto per la tecnologia OLED, anch’essa in espansione ma che ad oggi è utilizzata quasi esclusivamente per l’illuminazione di TV e schermi in genere, lampade da tavolo, illuminazione d’ambiente e per interno auto.

Vediamo nella tabella seguente i valori raggiunti di efficienza e costi nel 2013 ed i valori previsti per il futuro e confrontiamoli con quanto era previsto sempre dal DOE nel documento dell’anno scorso i cui dati sono inseriti qui tra parentesi.

	2013	2015	2017	2020	Obiettivo
Bianco freddo ,efficienza (lm/W)	166 (164)	192 (224)	211	231 (235)	250
Bianco freddo, costo ($/Klm)	4 (4)	2 (2)	1,3	0,7 (0,7)	0,5
Bianco caldo, efficienza (lm/W)	135 (129)	169 (162)	197	225 (224)	250
Bianco caldo, costo ($/Klm)	5,1 (5,1)	2,3 (2,3)	1,4	0,7 (0,7)	0,5

Quello che un anno prima era previsto per il 2013 è stato rispettato per i costi ( 4 dollari ogni 1000 lumen per i LED a bianco freddo) ed è stato addirittura superato per l’efficienza (164 lumen per watt previsti e 166 lm/W raggiunti per il bianco freddo). Le previsioni per gli anni futuri sono state mantenute per i costi e sostanzialmente anche per l’efficienza. Sulle prestazioni dei LED ci sono molti soggetti e molte variabili in gioco, riuscire ad azzecare le previsioni significa aver investito molto ed avere una grande capacità di analisi.

Va sottolineato che non sempre i dati forniti dai produttori rispecchiano i valori di efficienza alle normali condizioni di utilizzo. Ad esempio Cree riporta un’efficienza di 200 lm/W per la sua lampada MK-R a 25 °C (6500K) ma durante il normale utilizzo la temperatura sale a 80 °C e l’efficienza cala a 149 lm/W. I dati in tabella sono relativi ai soli LED alle normali condizioni di utilizzo. In laboratorio sono stati superati i 230 lm/W per il bianco freddo.

Quando il LED viene inserito in una lampada l’efficienza finale è inferiore. Questo è dovuto all’elettronica, all’ottica e alla dissipazione del corpo illuminante. Per questo motivo se anche sono disponibili sul mercato LED con CCT di 3000 K non troverete lampade a LED a bianco caldo con quella efficienza. Vediamo nella tabella seguente i valori raggiunti da alcune lempade a LED e mettiamoli a confronto con quelli raggiunti dalle tecnologie standard.

Tipo prodotto	Efficienza (lm/W)	CCT (K)	Durata L70 (ore)
Lampada LED A19	94	2700	30.000
Lampada LED PAR38	78	3000	50.000
Proiettore LED industriale	119	3500	75.000
Pannello OLED	52	3500	15.000
HID	115	3100	15.000
Fluorescente lineare	108	4100	25.000
CFL	73	2700	15.000
Alogena	20	2750	8.400
Incandescente	15	2760	1.000

I LED sono ormai una tecnologia matura anche se ancora i costi sono superiori e non sempre giustificano una maggiore durata.

OLED

Gli OLED hanno raggiunto in laboratorio efficienze di  118 lm/W su pannelli di 15 cm2 in bianco caldo e durata di 27000 ore (Konica Minolta). Le previsioni di crescita più aggressive sono quelle di LG Chen riportate nella tabella di seguito.

	2013	2014	2015	2016
Efficienza (lm/W)	80	100	120	140
Durata L70 (ore)	20.000	30.000	40.000	60.000

La ricerca

La ricerca futura per i LED si concentrerà sui materiali emissivi per trovarne di più efficienti, sulla conversione della luce che attualmente avviene nel 90% dei casi attraverso uno strato di fosfori e sulla qualità della luce.

Per quanto riguarda gli OLED la ricerca si occuperà di ottenre un bianco stabile e di nuovi metodi di estrazione della luce.

Vorrei concludere mostrando i milioni di dollari che il DOE ha messo a disposizione ad aprile 2014: