1、背光及照明用LED 驅動IC 技術市場分析華潤矽威科技（上海）有限公司 顏重光 高工摘 要：從技術和市場經濟的角度對LED 驅動IC 的需求迅速增長作出分析，消費電子用LED 驅動器的技術和市場比較成熟，家庭照明用LED 驅動器還有技術瓶頸尚待突破。關鍵詞：LED驅動器；LED燈；LCD背光LED 作為綠色環保的清潔光源得到廣泛的認可。LED 使用壽命長、節能省電、應用簡單方便、使用成本低，因而在手機、MP3、MP4、PMP、DSC（數碼相機）、PDA、GPS、PND、游戲機、學習機、筆記本電腦等的手持產品的LCD 背光；LED手電筒、礦燈便攜照明；在建筑照明、裝飾照明、標識牌照明；在汽車的儀

2、表板背光、前后霧燈、第三剎車燈、方向燈、尾燈；以及將來家庭照明等方面都會得到海量的應用。目前手機彩屏背光應用占LED 驅動IC 總出貨比重的60%，除了按鍵與彩屏背光應用外，由于照相手機的普及，搭配LED 省電與小型化的特性，手機相機閃光燈應用比重逐日提高，將占整體手機應用的3540%。全球手機產量由2006年的8億臺增長到2007年的11億臺，增幅達40%，2008年預計將生產15億臺。2007年中國手機出貨量增長21.9%，達5.58億部 ，占據全球市場的一半左右 。按80%手機采用彩屏計算，2007年手機產品應用的LED 驅動IC 達6億顆規模。預估LED 驅動IC 在消費性電子產品市場

3、將繼續大幅增長。719英寸（1英寸=25.4毫米）的LCD 屏原用CCFL 作為背光，而現在也正在逐步地被LED 所蠶食。特別是在歐盟實施RoHS 的法令以后，含汞的CCFL 被禁止，否則要付10美元的有害物質處理費，這將加快采用LED 背光的步伐。在筆記本電腦等更大量產品的液晶屏中，采用LED 背光也已成為一種趨勢，因為它不但可以使屏幕的厚度減半(從9mm 減到4.5mm，重量減輕26%，而且還可以節省50%的耗電，其唯一的不足是目前成本比CCFL 高2.38美元，因能減輕重量和節電，預計用戶還是可以接受的。據估計，2007年有8%的筆記本電腦采用LED 作為背光，而2007年筆記本電腦的預

4、計產量為8,500萬臺，采用LED 作為背光的筆記本電腦達到680萬臺，這一數據還有望突破。LCD TV和筆記本電腦可望采用LED 取代CCFL 背光的趨勢已經十分清晰。2009年LED 驅動IC 出貨量將達9.1億顆，年復合成長率將達32%。1 LED驅動IC 目前市場需求LED 驅動IC 目前市場需求按應用來分基本有三大類，一是用于消費性電子產品的，其應用特點是以電池為能源，一般為4.28.4V，因此低電壓、小電流的LED 驅動器是目前量大面廣的產品；二是用于汽車照明產品，因其電源來自汽車蓄電池，一般是48V，所以需要較高電壓降壓的LED 驅動IC；三是建筑裝飾照明和家庭照明，則需要將AC

5、 直接變換成DC 的LED 驅動IC，主要功能是將交流電壓轉換為恒流電源，并同時完成與LED 的電壓和電流的匹配。因而不同應用的LED 驅動IC 是完全不同的。消費性電子產品的LED 驅動器擁有比較成熟的技術、產品和相對成熟的市場。2007年全球手機市場使用LED 驅動IC 達6億顆，2008年將繼續增長。汽車照明產品使用的LED 的數量較多，大多是串、并聯驅動，需要較高的電壓，對于取自48V 汽車蓄電池的電源來說是十分方便的。目前能耐60V 高壓的LED 驅動器新品推出已較多。因而在汽車前裝市場直接采用LED 的儀表板背光、前后霧燈、第三剎車燈、方向燈、尾燈的市場十分看好和樂觀。建筑裝飾照明

6、和家庭照明，則需要將AC 能直接變換成DC 恒流源的LED 驅動IC，目前還不能提供單個SOC 的集成電路產品，大多數是模塊電路。建筑裝飾照明在國內各大城市應用已十分廣泛，節能效果顯著。社會對家庭用LED 照明燈需要量將是一個天文數字，但目前的家庭用LED 照明燈技術和生產成本離大批量生產還有一定的距離，尚需努力。2 LCD背光用LED 工作原理要設計LED 驅動的應用電路，首先要了解LED 的工作原理。LED工作的主要參數是V F 、IF ，其它相關的是顏色、波長、發光亮度、發光角度、效率、功耗。前降電壓V F 是為LED 發光建立一個正常的工作狀態。前降電流I F 是促使LED 發光，發光

7、亮度與流過的電流成正比例。LED VF 標稱電壓：3.4V±0.2V。LED IF 工作電流按應用需要選用， IF 從5500mA。以手機為例，手機鍵盤背光使用電流為510mA、LCD背光使用電流為1520mA、相機閃光燈使用電流為100500Ma，它們所需的I F 都不相同，各擋LED 不能混用。3 消費性電子產品常用LED 驅動IC消費性電子產品LCD 屏的背光一般是28顆LED 燈，并聯或單顆供電的應用居多。自2000年來，消費性電子產品常用的LED 驅動IC 有DC/DC開關穩壓器（Boost）、電荷泵（Charge Pump）、恒流源（Constant）和低壓差穩壓器（LD

8、O）。DC/DC開關穩壓器是用電感器來儲存電能的，而電感器容易發射開關頻率，易對射頻（RF）發生新的干擾，因此在手機產品中用得較少。電荷泵也是一種開關穩壓器，但它是用電容器作電能儲能，因而不會發射開關頻率，在手機產品中占了最大的份額。LED發光要求I F 恒流，恒流源就是針對這個市場而特別設計、生產的，恒流源的價格是電荷泵的50%，因而近年來在普及型手機產品中也占有一定的份額。普及型手機產品苛求成本下降，手機背光驅動單元尚可榨油的就是降低LED 驅動IC 的成本，大多數手機的關機電壓設計在電池電壓降至3.3V 時，因此恒流源就設計成在4.2V3.3V時恒流輸出2030mA，3.3V 以下輸出電

9、流急降。電荷泵的賣點是效率（），但大多數電荷泵在4.2V3.3V時其轉換效率并不高，當電池電壓降到3.0V2.5V時它的轉換效率能達8590%，可惜在目前大多數的手機方案中并不能發揮其優勢。LDO是一個性能很好的低壓差穩壓器，輸出電壓穩定，當負載不變時，它流過負載的電流也恒定，基于此原理LDO 也是一個很好的LED 驅動器。就目前手機用LED 驅動IC 而言，一個DC/DC開關穩壓器（Boost）的售價是0.120.15美元,一個電荷泵的售價是0.200.25美元,一個恒流源的售價是0.090.12美元，一個LDO 只幾美分，對于降低手機背光驅動單元成本，有一定的空間，今年來不少普及型手機都已

10、選用。手機背光LED 驅動芯片的演變如圖1所示。手機LCD 背光如圖2。 圖1 手機背光LED 驅動芯片的演變手機除了彩屏背光需要LED 驅動IC，手機的鍵盤背光，手機相機的閃光燈也需要LED 驅動IC。其特點是低電壓、小電流，因為是以電池為能源的。沒有RF 部分的消費電子產品的LCD 屏背光驅動可以選用DC/DC開關穩壓器，LED 一般是N 串聯+N并聯使用，工作電壓略高，工作電流較小。多個LED 的串并聯可作較大的LCD 屏背光源，如圖3 LCD電子燈箱，此外，還有如LED 手電筒。 圖2 手機LCD 背光 圖3 LCD電子燈箱移動手持顯示產品背光LED 驅動IC 的選擇移動手持顯示產品背

11、光LED 驅動IC 的選擇，按LCD 的面積來設定需要LED 點光源的個數；按LED 的N 串N 并的點亮方式來選擇不同工作原理、不同輸出能力的LED 驅動IC；1.8英寸3.5英寸手機用LCM 其LED 點光源是24顆LED；3.5英寸8.0英寸MP3/MP4/PDP/GPS/PND/DPF用LCM 其LED 點光源是628顆LED；12.1英寸15.4英寸筆記本電腦用LCM 其LED 點光源是486072顆LED；手機有RF 怕干擾，因此大多數不選用以電感器為電能儲存器的DC/DC升壓；沒有RF 的消費電子產品，大多選用DC/DC 升壓，因其能輸出較高電壓，和有較高效率；常用LED 驅動I

12、C 有電荷泵（Charge Pump）、恒流源（Constant current）、電感升壓開關穩壓器（ DC/DC升壓）。背光LED 驅動IC 的選擇如表1。 表1 移動手持顯示產品背光LED 驅動IC 的選擇家庭用LED 照明燈驅動器家庭用的照明燈目前還沒有成熟的產品，家庭用的照明燈的功率要求10W 以上。目前市售的15W LED 燈在家庭只能作為壁燈和輔助照明用，因為他們的亮度還達不到白熾燈、熒光節能燈的要求，還不能作為書寫閱讀照明用。現在的高亮度LED 燈價格十分昂貴，非一般老百姓能享用的。白光LED 技術突飛猛進，用作照明燈源的單顆芯片的LED，其功率越做越大，已經大批量生產投放市場

13、的有1W、3W、5W、10W、20W、30W、50W、100W，發光亮度最大已達到4400 lm。大功率照明用LED 其封裝從成品來看是單顆芯片的，其實是用N 顆LED 管芯封裝在一個單位里的（如圖4）。它們的排列組合是串并聯，它們是N 個串聯，再N 個并聯，然后由二點聯接電源。大功率照明用LED 的大批量生產給最終生產照明用LED 燈創造了必須的條件和物質基礎。 圖4 照明用白光LED 管芯 圖5 家用LED照明燈樣品 標準插口 AC/DC恒流高亮度和大功率LED 照明燈進入家庭應用在技術上還有技術瓶頸亟待解決，主要是芯片散熱（熱量管理）、發光亮度（流明）和EMI/EMC，成本下降也是一個關

14、鍵問題。家庭照明用LED 驅動IC 技術還在技術攻堅中，驅動芯片需要采用700V BCD高壓工藝；芯片內的MOSFET 要做好熱量管理，要考慮驅動IC 的散熱設計；AC 到DC 恒流源各功能芯片整合在一個封裝的SOC 內還需要創新一個新的電源芯片模式。家用LED 照明燈樣品如圖5。近年MR16射燈其發光源已從低效率的鹵素燈泡順利過度到綠色節能、高效、長壽命的LED IC。MR16射燈使用12 V的AC/DC電源，使得低電壓、大電流的LED 驅動IC 迅速進入燈具行業，降低了應用技術的門檻。AC12 V經四個SS14橋式整流即有1418 V的直流可供PT4115 LED驅動IC 工作，可點亮一顆

15、3W 或三顆1W 的高亮度LED IC，系統應用器件很少，是十分經濟有效的方案。圖6是PT4115應用電原理圖，圖7是MR16射燈新恒流源板實物。 圖6 PT4115應用電原理圖 圖7 MR16射燈新恒流源板實物。開關電源式恒流源可能是AC 到DC 恒流源比較有效的方法之一。開關電源的效率高達65%85%。電源效率的提高使設備制造商得以將待機電流降低到能源之星(Energy Star和藍天使 (Blue Angel 認證所需的水平。 家庭用的照明燈采用白光LED 是科技發展的必然趨勢。家庭用白光LED 照明燈發光效率高、使用壽命長是不爭的事實，只是目前還需等待產業化生產的技術成熟和成本的進一步下降。熒光節能燈從產品誕生到進入千家萬戶百姓家庭普及也差不多經歷了十年的時間。家庭用照明燈的發光效率及平均壽命比較如表2。 歐美等國在2007年2月和3月分別通過政府決議，在未來二年逐步取消白熾燈