工业和信息化部主管 中国电子报社主办
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半导体

背光增长快照明受关注 LED驱动市场更加细分

特邀嘉宾


(排名不分先后)


 


 

MPS公司总裁兼CEO邢正人


 

美国国家半导体亚太区资深市场经理吴志民


 

安森美半导体亚太区电源管理部市场推广经理蒋家亮


 

杭州士兰微电子股份有限公司电源及功率驱动产品线总经理吴建兴


 

立锜科技总经理室新产品开发组资深项目经理 廖光彬




茂达电子营销处副处长古琼景


 

迅杰科技电源管理处经理郑文盛


 


编者按:LED应用的快速发展,给LED驱动厂商带来了新的市场机遇。随着LED照明应用的加速推进,越来越多的厂商开始关注这一市场。本期LED驱动专题特邀业内主流IC厂商针对当前市场和技术的热点话题发表精彩观点。


 


背光增长最快 照明最有潜力


□到目前为止,背光仍然是LED驱动器最主要的应用市场。


□就长期来说,照明将是LED最为重要的一个市场,预估2-3年内将会有爆发点出现,到时LED照明取代传统照明将成为趋势而带来惊人的市场。


 


LED驱动按应用来分有背光、显示、照明等领域,这些领域中目前谁的增长最快,谁最有潜力?当前照明市场对LED驱动的需求如何?


邢正人


LED在中小尺寸屏幕的背光应用已经大规模展开。在笔记本电脑、GPS(全球定位系统)、显示器等领域,LED背光已经成为首选,正在逐步淘汰传统的CCFL(冷阴极荧光灯管)背光。LED在笔记本中的应用在2011年将占到50%%,成为主流背光源。另外,LED在液晶电视背光中也逐步开始得到应用,预计在2012年将达到10%%。


照明一直是个巨大的市场。随着LED光效的提高、成本的降低和驱动技术的成熟,LED逐步进入照明市场。政府部门也在大力推广LED进入市政工程以宣传和倡导绿色能源的概念。这一切都预示着LED在照明市场的潜力。一旦LED的成本降低到普通家庭可以接受的价位,市场的迅速膨胀将成为现实。


我们在看到LED作为照明光源美好前景的同时,也非常清楚地认识到面前的困难。除了成本,LED驱动也是一个急需解决的技术问题。现在的照明市场没有一个针对LED驱动的规范,比如是否需要隔离,功率因数校正、调光、均流等都没有相应的规范,这给LED驱动电源的标准化和模块化带来了困难。驱动模块设计厂商和驱动芯片设计厂商不得不针对每一个应用设计相应的模块或者芯片,这给资源和环境都造成了浪费。


蒋家亮


到目前为止,背光仍然是LED驱动器最主要的应用市场,特别是在笔记本电脑、上网本、冷阴极荧光灯替代及LCD显示器等应用上更是如此。但随着高性价比、超高亮度、更长寿命LED的出现,再结合提供丰富色彩组合和节能方面的优势,LED在通用照明市场迎来了快速发展,同时也为LED驱动器带来了巨大的市场应用空间。


LED是低压器件,对于LED照明而言,无论LED的供电电源是AC-DC转换器、DC-DC转换器或是电池,低压恒流驱动都是驱动LED的关键所在。此外,为了保证LED照明的优势,LED驱动必须可靠、高效、安全(能够承受多种故障条件)、低成本,并且还要能够易于实现。因此,针对不同的LED照明应用,首先需要选择恰当的驱动电路拓扑结构。而安森美半导体提供适合于低功率、中等功率及大功率应用的宽范围LED驱动器方案。例如,安森美半导体的LED驱动器方案中包含用于15W-50W功率的应用。从拓扑结构看,功率小于100W的中低功率LED照明应用首选反激拓扑结构,而为了提供更高能效,谐振半桥双电感加单电容(HBLLC)则是首选的拓扑结构。此外,还要注意产品目标市场的能效规范问题。若有需要,还要考虑PFC,提供相应的LED驱动解决方案。


吴建兴


LED在显示屏领域发展已非常成熟,整个产业从显示屏制造、系统开发、LED芯片开发、LED封装到LED驱动IC开发等非常完整。驱动IC基本成为一种标准品,进入平稳发展时期。


LED背光在手机、数码相机、PowerDVD等小尺寸屏上的应用已经非常成熟,近几年也不会有很高的年复合增长率。随着LED光通量的提高、成本的降低以及LED具有的绿色环保(CCFL背光含汞)、色域范围广、可进行局部调光等特性,符合目前LCDTV高清节能的发展需求。因此背光的增长点将在笔记本、液晶电视等中大尺寸屏上的应用。


目前照明市场受到广泛的关注,主要有两个方面的原因:1.LED灯本身的性能(包括功率及发光效率)提高很快,成本在降低,而且LED驱动技术在逐步提高,LED照明的稳定性和可靠性都有了较大的提升;2.政策上,LED灯具作为绿色节能的产品,很多国家和地区都在关注和扶持。照明市场对LED驱动的需求是可靠、高效(包括功率因素)、低成本、小体积,因此要求LED驱动设计针对特定的应用市场,如LED路灯、LED射灯、LED日光灯、LED灯泡等开发一系列的LED驱动产品。相信随着LED照明价格的降低以及性能的提高,LED照明势必会全面进入潜力无限的家居照明。


廖光彬


LED在背光部分的市场已渐渐成熟,尤其在Notebook(笔记本电脑)上,预估今年底前将有近一半的Notebook采用LED背光,而后会逐年增加,成为主流。电视背光在Samsung力推侧光(Edge-light)的背光方式后价格渐渐为市场所接受,这部分应该是今明两年增长最快的市场。


桌上型Monitor(监视器)受限于市场上对低价的追逐,LED背光在这部分的增长会显得较为缓慢,而LED显示屏(Billboard)的发展已进入一个稳定期,随着国际经济状况的渐渐恢复,商业大楼外挂显示屏的市场应该会持续成长。


而就长期来说,照明将是LED最为重要的一个市场,虽然目前仍受限于LED价格过高以及相较于一般省电灯泡效益不大的问题,但随着科技演进,LED的价格会不断下降,而发光效率会不断提升,预计2-3年内将会有爆发点出现,到时LED照明取代传统照明将成为趋势而带来惊人的市场。


古琼景


从诸多报告及上半年的出货记录来看,当前市场对LED驱动的需求,从2009年到2011年,以小型Notbook背光IC及室内照明的复合成长最高,分别是39%%及35%%;出货量以智能手机背光IC为最多,所以在未来三年,市场应该还是以这三个应用为主轴来发展。


茂达旗下负责LEDIC产品的绿达向下整合LED照明业务,成立绿明科技负责LED照明系统模块及灯具的研发设计,另外,旗下异能科技也将进军LED照明电控市场。尽管LED照明市场渗透率仍不到2%%,然而LED照明已可望切入在营业场所的局部重点照明的应用市场。中国台湾业者将凭借在同等技术规格基础上成本大幅降低的优势,进军美国及日本市场。目前影响LED照明使用时间的决定因素在于电控及IC设计。LED路灯故障的原因有90%%在于电控系统故障。绿明科技的专长即在于散热技术、电控以及二次光学设计,可根据终端产品的需求,回馈给上游的兄弟公司绿达及异能,而绿达及异能将可依据绿明的需求,设计出适合的电控及IC。


郑文盛


照明市场在未来的增长将最快,这主要是着眼于中国大陆的庞大市场,在“十城万盏”计划的推动下,照明市场于今年开始,可望呈爆炸式成长。在各国政府环保意识提高的情况下,传统照明方式较为耗电的缺点,也将促使各国政府将它慢慢更换为LED照明。整体来说,照明市场的庞大需求主要是因为产品跟人类生活息息相关。


 


LED驱动细分市场受关注


□在很多厂商都在瞄准高功率大电流应用的时候,有的厂商也在关注小电流驱动应用,比如汽车尾灯、装饰照明、工作灯、柜台照明等细分市场。


□随着LED驱动产品的成长和逐步成熟,产业的细分是一个必然的趋势。


 


随着LED应用的拓宽,产业开始出现细分化,比如一些小功率的应用如汽车尾灯、装饰照明等细分市场也被厂家关注,如何看这个趋势?


邢正人


随着某一项产品的成长和逐步成熟,产业的细分是一个必然的趋势。MPS在关注高功率大电流应用的同时,也在关注小电流驱动的应用。事实上,由于LED寿命长、光效高、节能环保的特点,其早期应用就是从广告牌、景观照明等领域开始的。而且随着LED的成熟,在这些领域的应用也越来越多,逐渐成为主流光源,市场前景看好。


蒋家亮


安森美半导体在瞄准高功率大电流应用的同时,也非常关注小电流驱动应用,并看好其发展空间。安森美半导体身为功率产品和电源方案的领导者,提供功率范围在1W至500W的完整LED照明解决方案。我们的LED驱动方案用于从20mA至高于2A的宽泛电流范围,如适合高于500mA的大电流应用的开关稳压器、适合于200mA至500mA中等电流范围及低于200mA低电流范围的线性稳压器等。此外,安森美半导体近期也推出用于低电流应用的NSI45系列双端线性恒流稳压器(CCR)。这些新的LED驱动器具有简单、经济及可靠等特点,比普通线性稳压器和开关稳压器简单,但性能大幅优于目前一些低电流LED应用中所用的电阻型驱动器的方案,满足了汽车内部/外部照明、商业标志牌及建筑物LED照明的应用需求。


吴建兴


散热和光的方向性在LED照明中是必须考虑的问题。采用小电流的多个LED方案,可以有效地解决散热问题,同时改善LED照明中光的方向性问题。另外,目前小电流的LED芯片的光效率要高于大功率的LED芯片。高功率大电流驱动应用与小电流的驱动应用是相辅相成、互为补充的,主要还是需要根据不同的应用市场去区分。


廖光彬


高功率跟低功率的LED有不同的市场应用,可预见高功率LED将来的成本会较低,但就部分室内照明而言,追求光线柔和及亮度均匀也是相当重要的部分。如果使用高功率LED来做台灯或取代一般的日光灯管,在做到亮度均匀的前提下要使用较为模糊的遮光罩,这会使整体发光效率大为降低,反而不划算。所以就目前看来,在高功率LED取得更大突破前,低功率LED仍有其市场存在的必要。


古琼景


这些都是属于比较利基的市场,这些市场的驱动IC基本上和室内照明有大部分是共享的,所以厂家推广的方式是以长尾策略去接触客户。


郑文盛


每个市场都会有需求,厂商能否从市场中赚到钱,要看需求面与供给面是否平衡或是需求是否大于供给。小电流驱动应用的跨入门槛较低,相对竞争也会较大。在大家一窝蜂生产“Metoo”产品之际,的确很容易造成恶性竞争的状况,所以该思考的是除了价格战之外,应该回归到产品本身,思考自身产品是否有创新之处。以LED显示屏为例,尽管业界都知道散热是十分重要的,但是我们却早在两年前,领先所有厂商,利用QFN封装解决了显示屏的散热问题,在不改变电路的设计下,靠变更驱动芯片的封装形态,进而大幅改善LED显示屏的散热、电磁干扰、组装工时及成本,提高了产品的稳定度。对迅杰而言,我们专注在高功率高电压的应用,提供LED相关产品的整体解决方案。


 


高亮度驱动转换效率要求高 小电流驱动关注性价比


□高亮度LED主要应用在照明领域。其电流大,要求驱动电路的转换效率高,高温性能稳定可靠。


□在小电流LED驱动方面,新出现的线性恒流稳压器成为一种性价比更高的驱动方案。


高亮度与低亮度LED驱动在技术上有何不同,要满足市场需求,对企业提出了哪些挑战?显示驱动技术与背光、照明相比有何特点?


邢正人


高亮度LED主要应用在照明领域。其电流大,要求驱动电路的转换效率高,高温性能稳定可靠。MPS生产的MP2488在路灯应用中,转换效率可达97%%以上。


低亮度LED主要应用于背光领域。为了保证屏幕亮度均匀,有三个方面的要求:1.灯电流能得到精确的控制,并且各串LED间的电流能保持平衡;2.能方便地实现调光,例如,MPS生产的MP3388能将灯电流控制在3%%以内,各串LED间的电流也可以控制在3%%以内,并且提供了PWM调光、DC电平调光等各种方式;3.一些移动设备和液晶电视要求背光驱动芯片具有数字接口,以方便地实现MCU对LED的调光控制。


吴志民


小显示屏更多采用白光 LED。升压型LED驱动器的典型应用是背光系统,降压型LED驱动器典型应用是普通照明。专门给投影仪设计的驱动器中,其驱动电流非常高,因为在投影仪中使用的LED的功率是非常大的。


美国国家半导体在2009年2月推出全新的离线式恒流控制器LM3445。该产品的优势在于可以支持具备三端双向可控硅(TRIAC)正向或反向相位控制功能的传统入墙式调光器,因此可以稳定调控高亮度LED的亮度,确保不会出现光线闪烁问题。这款LED驱动器不但可以稳定控制LED的亮度,确保亮度变化平稳,而且还可输出1A以上的恒流来驱动多串LED,可广泛应用于住宅、建筑物、商业及工业专用照明领域。利用三端双向可控硅(TRIAC)调光器调控亮度的LED灯预计会在市场上大受欢迎。


从节能的角度看,小型荧光灯(CFL)是取代白炽灯的上佳选择。虽然这种小型荧光灯非常受消费者欢迎,但其缺点是无法利用TRIAC调光器灵活调控灯光亮度。采用LM3445芯片的照明系统可以解决这个问题。


蒋家亮


业界不断开发更高亮度的LED,而高亮度LED同样可以用于大电流、中等电流及低电流等不同应用。如前所述,大电流LED驱动应用中通常采用开关稳压器,提供更高的能效,并提供极佳的亮度控制。例如,像素高达500万甚至更高的照相手机和数码相机应用需要极高强度的闪光来拍摄高质量的照片,市场上新的LED设计符合这个要求。但单靠锂离子电池并不能提供足够的峰值电流来驱动 LED闪光,实际所需要的能量可能比电池能提供的能量高出400%%。针对这方面的需求,安森美半导体最新推出业界首款10A超级电容LED闪光驱动器NCP5680,用于超薄照相手机和数码相机。这器件集成了超级电容充电、浪涌电流管理和LED电流控制所需的全部电路,内置的DC/DC转换器基于高能效的电荷泵开关稳压器结构,同时这器件中的I2C寄存器让用户能实时调节LED输出电流及闪光持续时间。它使锂离子电池支持更多耗电功能(如变焦、自动对焦、音频、视频、无线传输、GPS数据读取及射频放大)更长时间的工作,从而使智能手机提供更加丰富的功能同时,也可以不放弃纤薄型设计。


在小电流LED驱动方面,可以采用普通线性稳压器,或安森美半导体最新推出的线性恒流稳压器(CCR)。该线性恒流稳压器基于安森美半导体专利的自偏置晶体管(SBT)技术,结合自身超强的工艺控制能力,成为一种比开关稳压器和普通线性稳压器经济、但在性能上又比电阻型驱动高出许多的驱动方案。


吴建兴


相对于低亮度LED驱动而言,高亮度LED驱动一般会更多应用在高压大电流状态,对工艺及电路的可靠性设计提出了更高的要求。在设计中,必须更多考虑电路在各种状态下的安全性。而低亮度LED驱动产品如果应用在显示领域,需要更多考虑数据传输及恒流瞬态响应能力。


LED显示屏的驱动一般是多通道恒流源(目前多数为16通道)再加上灰度控制等功能,IC上不集成DC/DC等电源模块,而在背光和照明驱动中,通道数会少一些,而且DC/DC转换模块通常是IC的一部分。


LED显示屏非常注重屏的刷新速度和图像表现能力,高匹配度、高刷新率和高分辨率成为判断一个LED显示屏性能优劣的重要指标。这要求LED显示屏驱动IC通道间电流的高一致性、高速的通信接口速率以及恒流响应速度。士兰微目前有一款SD16729是针对LED显示屏领域而推出的产品。


廖光彬


高亮度LED跟低亮度LED在驱动技术上并无太大的不同,但就应用的方式而言则有所区分,低亮度LED主要是小电流的驱动,大多使用MOS内建的IC,而且多串并联所引起的问题也较小。而高亮度的LED当消耗功率较大时,往往会选择将MOS外挂的方式,而且多不允许采用多串并联的设计,LED的并联会导致不同串的电流不同,误差有可能达到±20%%甚至更高,部分LED会因此过热而影响到产品的寿命。此问题容易出现在将高功率LED并联的设计上。


就LED照明而言散热仍是一大挑战,LED较传统照明多了一项在电源上的功率消耗,这部分产生的热量往往会引起先前所没预料到的问题,如何将系统温度降低进而延长产品寿命,应该是目前最需要面对的问题。


显示屏的驱动与背光技术的应用大多属于低功率LED应用的范围,照明驱动则大多属于高功率应用的范围,驱动的瓦数及电流均不相同。显示屏驱动的技术着重于LED灰阶线性度及快速的输出响应。背光厂则采用多并多串的架构使得需要的操作电压高达50V~60V,这会使驱动IC所需要的工艺技术提高,在串高电压后每个LED的VF的差异度便需要列入考虑,这对整体的电源效率及定电流(ConstantCurrent)控制会有很大的影响。


照明的驱动技术着重在于提高LED电源转换效率及调光的技术,立锜科技对各式LED的驱动方案,包括背光、照明及显示屏,都有多种方案可供选择。


古琼景


高亮度LED驱动与低亮度LED驱动在技术上有许多不同的要求,主要是安全规范的差异和成本的要求。高亮度LED驱动安全性要求高,不管隔离式还是非隔离式架构,都要符合安全规范,相对单价就可以拉高,而驱动效率就可以相对做好一些。


低亮度LED驱动因为成本要求低,所以会牺牲掉一些效率或功能,只要符合基本需求即可。大致来说,技术上没有太大差异,就是在安全规范和成本上取得一个平衡。


郑文盛


高亮度LED驱动与低亮度LED驱动在技术上最大的差异在于电流的差异。对于迅杰科技而言,并无造成任何困扰,但现阶段我们的产品策略重点在研发高亮度LED驱动IC上,因为该市场门槛较高,需一流的研发团队方能提供高质量的产品,无形中会减少竞争。就产品特性而言LED显示屏是以定电流做驱动,背光与照明是以 PWM与 ChargePump的方法驱动。迅杰科技具备这两种不同的驱动技术。



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