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(多图) 背光及照明用LED驱动IC技术市场分析

颜重光?? 华润矽威科技(上海)有限公司?? 2008年07月31日 ?? 收藏0

  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8亿部增长到2007年的11亿部,增幅达40%,2008年预计将生产15亿部。2007年中国手机出货量增长21.9%,达5.58亿部,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。预估LED驱动IC在消费性电子产品市场将继续成倍增长。

图1手机背光LED驱动芯片的演变


  7英寸~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8500万台,采用LED作为背光的笔记本电脑将达到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,年复合增长率将达32%。

  LED驱动IC的市场需求

  LED驱动IC的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4.2V~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。因而不同应用的LED驱动IC是完全不同的。

图2手机LCD背光


  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。

  汽车照明产品使用的LED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驱动器新品已推出较多,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。

图3LCD电子灯箱


  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

  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的标称电压一般为3.4V±0.2V。工作电流IF按应用需要选用,LED的IF通常为5mA~500mA。以手机为例,手机键盘背光使用电流为5mA~10mA,LCD背光使用电流为15mA~20mA,相机闪光灯使用电流为100mA~500mA。它们的IF都不相同,各挡LED不能混用。

表1移动手持显示产品背光LED驱动IC的选择


  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颗~8颗LED灯,并联或单颗供电的应用居多。自2000年以来,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。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。普及型手机产品对成本的要求很苛刻,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20mA~30mA,3.3V以下输出电流急降。电荷泵的卖点是转换效率高(η),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3.0V~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LDO也是一个很好的LED驱动器。


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照明? LED? 驱动? IC技术?

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