背光及照明用led驱动ic技术市场分析

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1、 -200-背光及照明用 LED 驱动 IC 技术市场分析 背光及照明用 LED 驱动 IC 技术市场分析 颜重光 华润硅威科技（上海）有限公司 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、笔记本计算机等的手持

2、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；以及将在家庭照明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 35-40%。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 年中国手机出货量将增长 21.9%，达 5.58 亿部 ，占据全球市场的

3、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成倍增长。 7-19 英寸的 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。在笔记本计算机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 降到 4.5mm)，重量减轻 26%，而且还可以节省50%的耗电，其唯一的不足是目

4、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。据统计，2007 年有 8%的笔记本计算机采用 LED 作为背光，而 2007 年笔记本计算机的预计产量为 8,500 万台，采用 LED 作为背光的笔记本计算机将达到 680 万台，这一数据还有望突破。LCD TV 和笔记本计算机可望采用 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%。 LED 驱动 IC 目前市场需求 LED 驱动 IC 目前市场需求 LED 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

5、产品的，其应用特点是以电池为能源，一般为 4.2-8.4V，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 能直接变换成 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 -201-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。2007 年全球手机市场使用 LED 驱动 IC 达 6 亿颗，20

6、08 年将继续增长。 汽车照明产品使用的 LED 等的数量较多，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

7、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。 LCD 背光用 LED 工作原理 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。VF 前降电压是为 LED 发光建立一个正常的工作状态。IF 前降电流是促使 LED 发光，发光亮度与流过的电流成正比例。LED VF标称电压：3.4V0.2。LED IF 工作电流按应用需要选用，LED 产品的 IF 从 5-500mA。以手机为例，手机键盘背光使用电流为 5-10mA、LCD 背光使用电流为

8、15-20mA、相机闪光灯使用电流为 100-500mA 它们的 IF 都不相同，各档 LED 不能混用。 消费性电子产品常用 LED 驱动 IC 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 2-8 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 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。

9、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 4.2V-3.3V 时恒流输出 20-30MmA，3.3V 以下输出电流急降。电荷泵的卖点是效率（） ，但大多数电荷泵在 4.2V-3.3V 时其转换效率并不高，当电池电压降到 3

10、.0V-2.5V时它的转换效率能达 85-90%，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，基于此原理的 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（Boost）的售价是 USD0.12-0.15,一个电荷泵的售价是 USD0.20-0.25,一个恒流源的售价是 0.09-0.12，一个 LDO 只几分美金，对于降低手机背光驱动单元成本，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

11、图 2。 -202-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 背光 图 3 LCD 电子灯箱 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

12、器Boost Charge pump LDO Constant current2000 2007 -203-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”-3.5”手机用 LCM 其 LED 点光源是 2-4 颗 LED；3.5”-8.0” MP3/MP4/PDP/GPS/PND/DPF 用 LCM 其 LED点光源是 6-28 颗

13、 LED；12.1”-15.4”笔记本计算机用 LCM 其 LED 点光源是 48-60-72 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 Boost；没有 RF 的消费电子产品，大多选用 DC/DC Boost，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 Boost ） 。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 照明灯驱动器 家庭用 LED

14、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 1-5W 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 4400lm。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 颗 LED 管芯封装在一个单位里的（如图 4

15、） 。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。 -204-图 4 照明用白光 LED 管芯 图 5 家用 LED 照明灯样品 高亮度和大功率 LED 照明灯进入家庭用在应用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 技术还在攻坚中，驱动芯片需要采用 700VBCD 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

16、恒流源各功能芯片整合在一个封装内的 SOC 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 12V 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坎。AC12V 经四个 SS14 桥式整流即有 14-18V 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 应用电原理图 图 7 MR16