背光及照明用LED驱动IC技术市场分析

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1、背光及照明用背光及照明用LED驱动驱动IC技术市场分析 技术市场分析 华润矽威科技（上海）有限公司 颜重光 高工华润矽威科技（上海）有限公司 颜重光 高工 摘 要：从技术和市场经济的角度对 LED 驱动 IC 的需求迅速增长作出分析，消 费电子用 LED 驱动器的技术和市场比较成熟， 家庭照明用 LED 驱动器还 有技术瓶颈尚待突破。 关键词：LED 驱动器；LED 灯；LCD 背光 LED 作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。LED 使用寿命长、节能省电、 应用简单方便、使用成本低，因而在手机、MP3、MP4、PMP、DSC（数码相机） 、 PDA、GPS、PND、游戏机、学习机、笔记本电

2、脑等的手持产品的 LCD 背光；LED 手电筒、矿灯便携照明；在建筑照明、装饰照明、标识牌照明；在汽车的仪表板 背光、前后雾灯、第三刹车灯、方向灯、尾灯；以及将来家庭照明等方面都会得 到海量的应用。 目前手机彩屏背光应用占 LED 驱动 IC 总出货比重的 60%，除了按键与彩屏 背光应用外，由于照相手机的普及，搭配 LED 省电与小型化的特性，手机相机闪 光灯应用比重逐日提高，将占整体手机应用的 3540%。全球手机产量由 2006 年的 8 亿台增长到 2007 年的 11 亿台，增幅达 40%，2008 年预计将生产 15 亿台。 2007 年中国手机出货量增长 21.9%，达 5.58

3、 亿部 ，占据全球市场的一半左右 。 按 80%手机采用彩屏计算，2007 年手机产品应用的 LED 驱动 IC 达 6 亿颗规模。 预估 LED 驱动 IC 在消费性电子产品市场将继续大幅增长。 719 英寸（1 英寸=25.4 毫米）的 LCD 屏原用 CCFL 作为背光，而现在也正 在逐步地被 LED 所蚕食。特别是在欧盟实施 RoHS 的法令以后，含汞的 CCFL 被禁 止，否则要付 10 美元的有害物质处理费，这将加快采用 LED 背光的步伐。在笔 记本电脑等更大量产品的液晶屏中，采用 LED 背光也已成为一种趋势，因为它不 但可以使屏幕的厚度减半(从 9mm 减到 4.5mm)，重

4、量减轻 26%，而且还可以节省 50%的耗电，其唯一的不足是目前成本比 CCFL 高 2.38 美元，因能减轻重量和节 电，预计用户还是可以接受的。据估计，2007 年有 8%的笔记本电脑采用 LED 作 为背光，而 2007 年笔记本电脑的预计产量为 8,500 万台，采用 LED 作为背光的 笔记本电脑达到 680 万台，这一数据还有望突破。LCD TV 和笔记本电脑可望采 用 LED 取代 CCFL 背光的趋势已经十分清晰。 2009 年 LED 驱动 IC 出货量将达 9.1 亿颗，年复合成长率将达 32%。 1 LED 驱动 IC 目前市场需求1 LED 驱动 IC 目前市场需求 L

5、ED 驱动 IC 目前市场需求按应用来分基本有三大类，一是用于消费性电子 产品的，其应用特点是以电池为能源，一般为 4.28.4V，因此低电压、小电流 的 LED 驱动器是目前量大面广的产品；二是用于汽车照明产品，因其电源来自汽 车蓄电池，一般是 48V，所以需要较高电压降压的 LED 驱动 IC；三是建筑装饰照 明和家庭照明，则需要将 AC 直接变换成 DC 的 LED 驱动 IC，主要功能是将交流 电压转换为恒流电源，并同时完成与 LED 的电压和电流的匹配。因而不同应用 的 LED 驱动 IC 是完全不同的。 消费性电子产品的 LED 驱动器拥有比较成熟的技术、产品和相对成熟的市 场。2

6、007 年全球手机市场使用 LED 驱动 IC 达 6 亿颗，2008 年将继续增长。 汽车照明产品使用的 LED 的数量较多，大多是串、并联驱动，需要较高的电 压，对于取自 48V 汽车蓄电池的电源来说是十分方便的。目前能耐 60V 高压的 LED 驱动器新品推出已较多。因而在汽车前装市场直接采用 LED 的仪表板背光、 前后雾灯、第三刹车灯、方向灯、尾灯的市场十分看好和乐观。 建筑装饰照明和家庭照明， 则需要将 AC 能直接变换成 DC 恒流源的 LED 驱动 IC，目前还不能提供单个 SOC 的集成电路产品，大多数是模块电路。建筑装饰照 明在国内各大城市应用已十分广泛，节能效果显著。社会

7、对家庭用 LED 照明灯需 要量将是一个天文数字， 但目前的家庭用 LED 照明灯技术和生产成本离大批量生 产还有一定的距离，尚需努力。 2 LCD 背光用 LED 工作原理2 LCD 背光用 LED 工作原理 要设计 LED 驱动的应用电路，首先要了解 LED 的工作原理。LED 工作的主要 参数是 VF、IF，其它相关的是颜色、波长、发光亮度、发光角度、效率、功耗。 前降电压 VF是为 LED 发光建立一个正常的工作状态。前降电流 IF是促使 LED 发 光，发光亮度与流过的电流成正比例。LED VF标称电压：3.4V0.2V。LED IF 工作电流按应用需要选用， IF从 5500mA。

8、以手机为例，手机键盘背光使用电 流为 510mA、LCD 背光使用电流为 1520mA、相机闪光灯使用电流为 100 500Ma，它们所需的 IF都不相同，各挡 LED 不能混用。 3 消费性电子产品常用 LED 驱动 IC 3 消费性电子产品常用 LED 驱动 IC 消费性电子产品 LCD 屏的背光一般是 28 颗 LED 灯，并联或单颗供电的应 用居多。自 2000 年来，消费性电子产品常用的 LED 驱动 IC 有 DC/DC 开关稳压器 （Boost） 、电荷泵（Charge Pump） 、恒流源（Constant）和低压差稳压器（LDO） 。 DC/DC 开关稳压器是用电感器来储存电

9、能的，而电感器容易发射开关频率， 易对射频（RF）发生新的干扰，因此在手机产品中用得较少。电荷泵也是一种开 关稳压器，但它是用电容器作电能储能，因而不会发射开关频率，在手机产品中 占了最大的份额。LED 发光要求 IF恒流，恒流源就是针对这个市场而特别设计、 生产的，恒流源的价格是电荷泵的 50%，因而近年来在普及型手机产品中也占有 一定的份额。普及型手机产品苛求成本下降，手机背光驱动单元尚可榨油的就是 降低 LED 驱动 IC 的成本，大多数手机的关机电压设计在电池电压降至 3.3V 时， 因此恒流源就设计成在 4.2V3.3V 时恒流输出 2030mA， 3.3V 以下输出电流急 降。电荷

10、泵的卖点是效率（） ，但大多数电荷泵在 4.2V3.3V 时其转换效率并 不高，当电池电压降到 3.0V2.5V 时它的转换效率能达 8590%，可惜在目前 大多数的手机方案中并不能发挥其优势。LDO 是一个性能很好的低压差稳压器， 输出电压稳定，当负载不变时，它流过负载的电流也恒定，基于此原理 LDO 也是 一个很好的 LED 驱动器。就目前手机用 LED 驱动 IC 而言，一个 DC/DC 开关稳压 器（Boost）的售价是 0.120.15 美元,一个电荷泵的售价是 0.200.25 美元, 一个恒流源的售价是 0.090.12 美元，一个 LDO 只几美分，对于降低手机背光 驱动单元成

11、本，有一定的空间，今年来不少普及型手机都已选用。手机背光 LED 驱动芯片的演变如图 1 所示。手机 LCD 背光如图 2。 图 1 手机背光 LED 驱动芯片的演变 手机除了彩屏背光需要 LED 驱动 IC，手机的键盘背光，手机相机的闪光灯 也需要 LED 驱动 IC。其特点是低电压、小电流，因为是以电池为能源的。 没有RF部分的消费电子产品的LCD屏背光驱动可以选用DC/DC开关稳压器， LED 一般是 N 串联+N 并联使用，工作电压略高，工作电流较小。多个 LED 的串并 联可作较大的 LCD 屏背光源，如图 3 LCD 电子灯箱，此外，还有如 LED 手电筒。 图 2 手机 LCD

12、背光 图 3 LCD 电子灯箱 移动手持显示产品背光 LED 驱动 IC 的选择 移动手持显示产品背光 LED 驱动 IC 的选择 移动手持显示产品背光 LED 驱动 IC 的选择，按 LCD 的面积来设定需要 LED 点光源的个数；按 LED 的 N 串 N 并的点亮方式来选择不同工作原理、不同输出能 力的 LED 驱动 IC；1.8 英寸3.5 英寸手机用 LCM 其 LED 点光源是 24 颗 LED； 3.5 英寸8.0 英寸 MP3/MP4/PDP/GPS/PND/DPF 用 LCM 其 LED 点光源是 628 颗电感升压电感升压 电荷泵恒流源低压差稳压器电荷泵恒流源低压差稳压器升

13、压升压 电荷泵电荷泵 LDO 恒流恒流 2000 2007 LED； 12.1英寸15.4英寸笔记本电脑用LCM其LED点光源是486072颗LED； 手机有 RF 怕干扰，因此大多数不选用以电感器为电能储存器的 DC/DC 升压；没 有 RF 的消费电子产品，大多选用 DC/DC 升压，因其能输出较高电压，和有较高 效率；常用 LED 驱动 IC 有电荷泵（Charge Pump） 、恒流源（Constant current） 、 电感升压开关稳压器（ DC/DC 升压） 。背光 LED 驱动 IC 的选择如表 1。 表 1 移动手持显示产品背光 LED 驱动 IC 的选择 家庭用 LED

14、照明灯驱动器 家庭用 LED 照明灯驱动器 家庭用的照明灯目前还没有成熟的产品，家庭用的照明灯的功率要求 10W 以上。目前市售的 15W LED 灯在家庭只能作为壁灯和辅助照明用，因为他们的 亮度还达不到白炽灯、荧光节能灯的要求，还不能作为书写阅读照明用。现在的 高亮度 LED 灯价格十分昂贵，非一般老百姓能享用的。 白光 LED 技术突飞猛进， 用作照明灯源的单颗芯片的 LED， 其功率越做越大， 已经大批量生产投放市场的有 1W、3W、5W、10W、20W、30W、50W、100W，发光 亮度最大已达到 4400 lm。大功率照明用 LED 其封装从成品来看是单颗芯片的， 其实是用 N

15、颗 LED 管芯封装在一个单位里的（如图 4） 。它们的排列组合是串并 联，它们是 N 个串联，再 N 个并联，然后由二点联接电源。大功率照明用 LED 的大批量生产给最终生产照明用 LED 灯创造了必须的条件和物质基础。 图 4 照明用白光 LED 管芯 图 5 家用 LED 照明灯样品 标准插口标准插口 AC/DC 恒流恒流 冷却系统冷却系统 发光体发光体 高亮度和大功率 LED 照明灯进入家庭应用在技术上还有技术瓶颈亟待解决， 主要是芯片散热（热量管理） 、发光亮度（流明）和 EMI/EMC，成本下降也是一 个关键问题。家庭照明用 LED 驱动 IC 技术还在技术攻坚中，驱动芯片需要采用

16、 700V BCD 高压工艺；芯片内的 MOSFET 要做好热量管理，要考虑驱动 IC 的散 热设计； AC 到 DC 恒流源各功能芯片整合在一个封装的 SOC 内还需要创新一个 新的电源芯片模式。家用 LED 照明灯样品如图 5。 近年 MR16 射灯其发光源已从低效率的卤素灯泡顺利过度到绿色节能、 高效、 长寿命的 LED IC。MR16 射灯使用 12 V 的 AC/DC 电源，使得低电压、大电流的 LED 驱动 IC 迅速进入灯具行业，降低了应用技术的门槛。AC12 V 经四个 SS14 桥式整流即有 1418 V 的直流可供 PT4115 LED 驱动 IC 工作，可点亮一颗 3W 或三颗 1W 的高亮度 LED IC，系统应用器件很少，是十分经济有效的方案。图 6 是 PT4115 应用电原理图，图 7 是 MR16 射灯新恒流源板实物。 图 6 PT4115 应用电原理