L’evoluzione dei LED

Pubblicato il 18 settembre 2015

Tutti gli indizi portano a un incremento significativo e costante nell’uso dei nuovi sistemi di illuminazione a LED, con la maggior crescita in applicazioni di illuminazione generale, dove le sorgenti di luce bianca rendono le soluzioni sempre più attraenti. In decine di nazioni, le direttive di efficienza energetica stanno accelerando la migrazione da sistemi di illuminazione tradizionali a sistemi di illuminazione a LED, che spesso offrono un più basso consumo energetico e un minor impatto ambientale, con una vita utile più lunga e una riduzione del costo di gestione.

L’illuminazione a LED è una tecnologia in rapida evoluzione,  con soluzioni in grado di integrare e interagire con le persone e gli spazi e la capacità di migliorare sia la qualità dell’ambiente sia quella della vita.

La gamma di prodotti a LED disponibili sul mercato è vasta, con la tecnologia presente in automobili, computer, televisori.

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Fig. 1 – Stima del risparmio di energia con applicazioni LED [Fonte: DOE Energy Savings Forecast of Solid-State Lighting in General Illumination Applications]

Il rapporto DOE Energy Savings Forecast of Solid-State Lighting in General Illumination Applications (Fig. 1) nelle applicazioni di illuminazione generale, stima il risparmio di energia delle sorgenti LED bianche nel periodo di analisi dal 2013 al 2030. Con la diminuzione dei costi e il miglioramento delle prestazioni, i prodotti a LED hanno visto una maggiore adozione nelle applicazioni di illuminazione generale. Si tratta di uno sviluppo positivo in termini di consumo energetico, dovuto al fatto che i LED utilizzano molta meno energia elettrica per lumen, prodotta rispetto a molte tecnologie di illuminazione tradizionali.

Secondo lo scenario di riferimento, l’illuminazione a LED prevede di raggiungere una quota di mercato dell’84% delle vendite lumen/ore nel mercato generale entro il 2030, riducendo il consumo energetico in quel solo anno del 40%, per un risparmio di 3,0 quad (261 terawattora), un valore di oltre 26 miliardi dollari ai prezzi di energia attuali.

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Fig. 2 – Confronto di efficienze per diversi prodotti lighting

LED lamp

Una lampada a LED è un diodo a emissione luminosa (LED) che viene assemblato per l’impiego in apparecchi di illuminazione. Ha una durata e un’efficienza elettrica significativamente migliori rispetto alla maggior parte delle lampade fluorescenti, con alcuni chip in grado di emettere più di 100 lumen per watt (Fig. 2).

I LED sono influenzati negativamente da alte temperature, per questo includono (nei loro package) elementi di dissipazione di calore, come dissipatori e alette di raffreddamento (Fig. 3).

Il mercato delle lampade a LED è destinato a crescere di oltre dodici volte nei prossimi dieci anni, da 2 miliardi di dollari all’inizio del 2014 a 25 miliardi di dollari nel 2023, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 25%.

I futuri progressi della tecnologia LED porteranno a un aumento dell’efficienza, che si prevede raggiungere 235 lm/W entro il 2020. Nel settore dell’illuminazione, Philips ha stimato il valore di mercato di illuminazione a LED globale di circa 70 miliardi di euro nel 2016, con l’acquisizione di una buona fetta del mercato (45 %) nel settore dell’illuminazione entro il 2016.

Il loro uso nel settore automotive fornirà un risparmio energetico e di manutenzione, consentendo modelli di veicoli unici, la personalizzazione di interni e una maggiore sicurezza stradale.

A seconda dell’uso, una lampada deve essere selezionata sulla base della sua resa cromatica. La fedeltà del colore è estremamente importante nell’industria grafica, dove devono essere utilizzate lampade con un indice di resa cromatica di molto più di 90. Per assicurarsi un’illuminazione buona e rilassante, lampade con un indice di resa cromatica (CRI) inferiore a 80 non devono essere utilizzate in uffici e laboratori. Nelle stanze e camere da letto, dove il colore della luce è meno importante, le lampade possono essere selezionate in base allo stato d’animo necessario, piuttosto che alla loro resa dei colori.

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Fig. 3 – Intensità luminosa relativa in funzione della temperatura del package

LED display

Un display a LED è un monitor a schermo piatto che utilizza una serie di diodi emettitori di luce come pixel. La loro luminosità ne permette l’uso all’aperto in insegne dei negozi e cartelloni pubblicitari e negli ultimi anni sono diventati di uso comune nella segnaletica per veicoli di trasporto pubblico. Ci sono due tipi di pannelli LED: convenzionali (tramite LED discreti) e a montaggio su superficie (SMD). La maggior parte degli schermi all’aperto è costruita intorno a LED discreti. Un cluster di diodi rossi, verdi e blu è guidato insieme per formare un pixel a colori, solitamente di forma quadrata. Questi pixel sono distanziati in modo uniforme e sono misurati da centro a centro per pixel di risoluzione assoluta. La maggior parte degli schermi indoor sul mercato è costruita con tecnologia SMD, una tendenza che si sta estendendo anche al mercato outdoor. Un pixel SMD consiste di diodi rossi, verdi e blu montati in un unico package, che viene poi montato sulla scheda driver. La differenza è che la distanza massima di visione è ridotta del 25% dalla schermata discreta con la stessa risoluzione (Fig. 4).

Il mercato dei display a LED è in rapida espansione, con soluzioni che presentano principali vantaggi di alta luminosità, ampio angolo di visione e visibilità a lunga distanza, in grado di soddisfare diverse esigenze applicative. Secondo uno studio di Sinolink Securities, sono previsti alti tassi di crescita per il settore display a LED del 15% l’anno nei prossimi tre-cinque anni. Il settore dei display a colori LED vedrà tassi di crescita maggiori, di circa il 30% annui.

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Fig. 4 – Display LED SMD

Nuove soluzioni si sono affacciate al mercato, in particolare da parte di Samsung, che ha lanciato un nuovo prodotto da 1,1 millimetri di pixel pitch di visualizzazione LED, la cui commercializzazione è prevista iniziare nel 2016. NEC con il suo 6,0 millimetri e Barco, con la propria linea di prodotti della serie X, con pixel pitch che vanno da 1,6 mm a 2,7 mm. VTRON, infine, ha introdotto la serie VLED con 1,488 mm e 1,92 mm di pixel pitch.

In future, la tecnologia dei display determinerà in maniera assoluta il successo o meno di un prodotto; attualmente gli schermi LCD dominano il mercato ma nei prossimi anni saranno sostituiti da schermi OLED, sia piatti sia flessibili. Questi ultimi sono display a colori di luce propria, con la capacità di realizzare strutture sottili con un ultra-basso consumo energetico. Gli analisti del mercato prevedono che diventi leader di mercato dei display negli anni 2020-2030.

LED Automotive

Il mercato dell’illuminazione automobilistica ha subito un cambiamento enorme nel corso degli ultimi cinque anni, con molte tecnologie innovative e adattive che si sono affacciate nel mercato. Light Emitting Diodes (LED), utilizzati in precedenza come illuminazione ambientale negli interni auto e nelle applicazioni spia, sono diventati un punto fermo per nuove soluzioni relative a schermi di retroilluminazione versatili e fari. I LED sono venduti in formato di modulo, in combinazione con una varietà di periferiche ampiamente utilizzate. Il costo dei LED dovrebbe scendere nei prossimi tre anni, con l’aumento delle capacità ingegneristiche e la capacità di sostituire tutti gli altri tipi di lampade automotive. I LED sono già utilizzati in luci esterne (anteriore e posteriore), nelle luci dei freni, Daytime Running Lamps (DRL) e indicatori.

In qualsiasi automobile, l’illuminazione è una componente molto essenziale. Con continui sviluppi delle tecnologie LED e fari direzionali, molte case automobilistiche hanno migliorato non solo il consumo di energia dei loro dispositivi LED ma hanno anche incrementato il livello di sicurezza del veicolo.

Lo scopo principale di illuminazione del veicolo è di dare visibilità al conducente in situazioni di oscurità e maltempo, segnalando la presenza del veicolo, la posizione e le dimensioni di altri pedoni e automobilisti. Oltre a queste funzionalità, l’illuminazione LED viene installata anche all’interno dei veicoli.

La tecnologia LED richiede una maggior comunicazione da parte dell’industria, al fine di dimostrarne i vantaggi rispetto alle tecnologie convenzionali. La lunga durata e il design accattivante di apparecchi a LED e le numerose possibilità di impiego rendono il LED unico per una serie di applicazioni. Nel 2020 i LED dovrebbero occupare un’ampia quota di mercato, che dovrebbe sfiorare 90% e già questo fa riflettere sull’impatto di questa tecnologia.

Maurizio Di Paolo Emilio



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