OLED. Ricerca e sviluppi applicativi

Un esempio di installazione di moduli OLED (courtesy: OLEDWorks)

Gli OLED (Organic Light Emitting Diode), diodi elettro-luminescenti realizzati con materiali attivi organici, vengono studiati ormai da molti anni, per l’applicazione sia in display (i famosi e ormai diffusi AMOLED dei telefoni cellulari, e i nuovi televisori OLED) sia come sorgenti per l’illuminazione

Le attrattive dei dispositivi OLED sono svariate: una grande area di emissione non segmentata e di qualsiasi forma, la generazione di luce diffusa e non abbagliante, il sottile spessore e leggerezza, la potenziale flessibilità, la buona efficienza energetica e la possibilità di emissione di una vasta gamma di colori e sfumature, inclusa la luce bianca.

Molte importanti aziende e riconosciuti gruppi di ricerca sono attivi nel mondo su questa tecnologia, puntando a nuovi materiali ed architetture dei dispositivi, per aumentare ulteriormente la quantità di luce che viene generata e l’efficienza, incrementare il tempo di vita e ridurre il costo dei dispositivi grazie a metodi innovativi di produzione con cui ottenere sorgenti molto più grandi e flessibili, anche sviluppando linee pilota per processi su substrati a nastro continuo (processi roll-to-roll).

Un grande potenziale di mercato per le nuove installazioni

Sebbene ci sia ancora molto lavoro da fare affinché la conoscenza della tecnologia OLED si diffonda – sia nel grande pubblico sia negli specialisti della luce – le analisi di mercato (IDTechEx, Cintelliq, UBI Research) indicano che essa avrà un forte impatto commerciale nei prossimi anni, diventando una delle principali fonti luminose negli ambienti umani, creando un nuovo mercato di alcuni miliardi di dollari: “nuovo mercato”, perché gli OLED non possono essere utilizzati per sostituire direttamente le vecchie lampade e lampadine, altrimenti non si riuscirebbe a sfruttare al meglio le loro peculiari caratteristiche prima ricordate, e che sarà quindi un prodotto per nuove installazioni.

Nel Laboratorio Nanomateriali e Dispositivi (SSPT-PROMAS-NANO) del Centro Ricerche ENEA Portici gli OLED vengono studiati da oltre dieci anni, insieme a vari altri dispositivi basati su materiali organici: le attività di ricerca si inseriscono nel filone della cosiddetta “elettronica organica”, la quale studia OLED, celle solari organiche (OPV), transistor, dispositivi RFID (radio frequency identification), sensori, materiali e processi con cui realizzare i dispositivi, ma anche come recuperare e riutilizzare i materiali importanti contenuti nei dispositivi alla loro fine vita.

Per gli OLED, i progetti condotti da NANO puntano a migliorare l’efficacia luminosa, studiare ed applicare materiali emissivi innovativi, incrementare l’area emissiva, mettere a punto processi di preparazione più semplici, e studiare i meccanismi di degrado per incrementare la durata dei dispositivi. Questi studi vengono focalizzati all’ottenimento di dispositivi e tecnologie utili ed applicabili, in un’ottica di sostenibilità dei processi, per cui la collaborazione con le aziende riveste un ruolo centrale.

Prototipi di OLED a luce bianca realizzati nel Laboratorio ENEA NANO, per applicazioni di illuminazione in interni. Area attiva di 1 cm2 (courtesy: Laboratorio ENEA NANO)
Prototipi di OLED a luce bianca realizzati nel Laboratorio ENEA NANO, per applicazioni di illuminazione in interni. Area attiva di circa 55 cm2 (courtesy: Laboratorio ENEA NANO
Prototipo di OLED semitrasparente realizzato nel Laboratorio ENEA NANO. Area attiva di circa 55 cm2 (courtesy: Laboratorio ENEA NANO)

Sono in corso di studio dispositivi OLED per illuminazione indirizzati a vari utilizzi: il benessere degli esseri umani (per il cosiddetto “Human Centric Lighting”), lo sviluppo di prototipi per finestre intelligenti (Smart Windows), l’illuminazione delle piante, per favorirne la crescita e lo sviluppo, applicazioni biomedicali di vario tipo e altre destinazioni d’uso ancora.

ENEA NANO è in grado di progettare, realizzare, caratterizzare e gestire il fine vita dei dispositivi, che possono essere preparati su substrati rigidi e flessibili, con geometrie e dimensioni che vanno da pochi millimetri quadrati di area fino ad alcune decine di centimetri quadri, con emissione di luce in svariati colori, inclusa luce bianca calda o fredda e tempi di vita stimati in oltre 10.000 ore, con bassa tensione di accensione e luminanze regolabili fino ad oltre 50.000 cd/m2 a 10 V.

Maria Grazia Maglione – Paolo Tassini, ENEA – Laboratorio Nanomateriali e Dispositivi (SSPT-PROMAS-NANO), Centro Ricerche Portici

 

LA TECNOLOGIA OLED NELLE PREVISIONI DEL U.S. DEPARTMENT OF ENERGY: PRODOTTI E APPLICAZIONI

Il Dipartimento dell’Energia del Governo USA ogni anno pubblica uno stato della ricerca e del mercato sul “Solid State Lighting”, cioè delinea temi da sviluppare ed obiettivi affinché le prestazioni di LED ed OLED continuino a incrementare per avere un’efficace penetrazione commerciale, sia per migliorare la vita degli esseri umani, sia per il risparmio energetico.

Esempio di installazione OLED da LG
Esempio di installazione OLED da OLEDWorks

Gli OLED sono visti come una grande opportunità per i nuovi approcci all’illuminazione, con la concreta prospettiva di avere prodotti migliori nei prossimi 3 anni, con molti costruttori (come OSRAM, OLEDWorks, LG, Konica-Minolta, ecc.) che continuano ad investire su materiali, architetture dei dispositivi, metodi di produzione, soluzioni di prodotto e nuove installazioni.

LE TECNOLOGIE DI STAMPA PER LA REALIZZAZIONE DI OLED E DISPOSITIVI ORGANICI

Molte applicazioni richiedono la produzione di grandissimi numeri di dispositivi (come nei sensori usa e getta biomedicali, nei tag RFID, negli imballaggi intelligenti, ecc.), mentre altre prevedono dispositivi grandi anche metri quadri, o pieghevoli, o flessibili, o trasparenti (pannelli di segnalazione, finestre intelligenti, pannelli fotovoltaici organici, lampade e display OLED a parete, ecc.): tutte caratteristiche che non si possono ottenere con le tecniche di fabbricazione dell’elettronica al silicio.

Sistema per stampa su nastro continuo “roll to roll
Sistema per stampa su nastro continuo “roll to roll

Si stanno studiando perciò processi derivati da quelli dell’editoria: tecniche di stampa che potranno produrre molti milioni di dispositivi al giorno, anche flessibili, a basso costo e ad alta velocità.

MATERIALI BIO-ISPIRATI E BIO-DERIVATI PER OLED

Nello sviluppo della tecnologia OLED, si sta dando molta attenzione all’approccio “green”, cioè allo studio di processi di fabbricazione semplici ed a bassa energia, che usino minori quantità di materiali rari o critici, e che permetta il recupero e riciclo materiali e dispositivi a fine vita, per poter così ottenere una filiera tecnologica sostenibile.

Un esempio di OLED biocompatibile

Il Laboratorio ENEA NANO ha attività e collaborazioni su questo fronte, con risultati molto interessanti e promettenti, relativi allo studio di nuovi materiali organici emissivi o conduttori, ispirati o derivati da molecole di origine biologica, per rendere gli OLED biocompatibili o biodegradabili

OLED PER LA COLTIVAZIONE DELLE PIANTE

Un tema di ricerca ancora quasi inesplorato è quello dell’utilizzo degli OLED per l’illuminazione delle piante al chiuso, nel nuovo filone di studi chiamato “horticultural lighting”. La luce OLED è diffusa e non abbagliante, con colore ed intensità regolabili, ed i dispositivi generano pochissimo calore residuo, per cui possono essere disposti anche molto vicino alla singola pianta senza disturbarla, per stimolarne crescita e sviluppo.

OLED per la coltivazione delle piante

Il Laboratorio ENEA NANO ha già in corso questi studi, per realizzare OLED che emettano luce con colori ed intensità idonei per il metabolismo e la fotosintesi delle piante, ed una proposta di progetto di ricerca su questi argomenti è stata da poco presentata

 

 

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