ＬＥＤ：讓世界光彩奪目

王　瑩

摘要：本文介紹了LED及其驅(qū)動IC、材料的技術市場狀況。照明、背光和汽車燈等是LED的主要應用領域，大屏幕LED顯示增長最快，高亮度LED是LED增長的熱點。LED照明發(fā)展的四大推動力是：綠色環(huán)保、LED光源、應用和低成本。

關鍵詞：LED；光源；驅(qū)動器；調(diào)光；高亮度LED

LED應用像早晨太陽

如果說在低迷的半導體產(chǎn)業(yè)中還有一些亮點，LED光源及其驅(qū)動器可以算做一個了。尤其在2008年的北京奧運中，光彩奪目的LED燈光秀讓全世界都嘆為觀止，可謂將中國的LED顯示技術劃下一個完美的驚嘆號。

最近幾年是LED發(fā)展的生長期，主要有幾大類應用：1，LED照明應用正如早晨六七點鐘的太陽徐徐升起。LED燈具有綠色、節(jié)能、長壽命的特點，戶外照明的動力來源于政府的節(jié)能及環(huán)保政策，廣告燈飾來自企業(yè)買單，因此需求數(shù)量龐大，發(fā)展可觀；室內(nèi)照明作為千家萬戶都需要的海量產(chǎn)品，隨著LED成本的進一步降低，潛力巨大。2，LED背光應用涉及到從人們?nèi)粘玫氖謾C、MP3、NB(筆記本電腦)等便攜式產(chǎn)品，到電視等大型消費電子的LCD屏。3，LED汽車照明，主要是車前后燈應用，尤其是高能效汽車的興起，使之升溫。除此之外，還有工業(yè)照明、照相機閃光燈等特殊應用。

因此，隸屬半導體產(chǎn)業(yè)的LED光源及其驅(qū)動IC技術發(fā)展迅猛。目前全球白光LED光源專利主要掌握廠商為日本的Nichia、TG，美國的Cree及歐洲的Philip和歐司朗。LED產(chǎn)業(yè)也不知不覺間進入了我們的視野，成就了很多新廠商，例如Lighthouse(兆光科技)成立只有11年，已經(jīng)成為壘球領先的LED顯示屏供應商，我國LED顯示屏制造商北京利亞德(Leyard)為北京奧運會開幕式的畫卷搭配了臺灣省聚積科技57萬塊驅(qū)動芯片-MB15030，韓國Seoul半導體、Diodes Zetex(注：Diodes收購了Zetex)、Leadis等公司也日益壯大。

“中國的LED市場目前看來還是比較分散，主要集中在標識、信號、移動以及照明應用方面。中國的LED市場份額還比較小，但是在過去幾年保持了非?？斓脑鲩L速度?！钡揽祵庪娮赢a(chǎn)品工業(yè)部光學材料全球市場總監(jiān)Billy Han說，“LED行業(yè)的發(fā)展相當迅速，特別是在照明領域，而成本的競爭力是非常重要的。鑒于此，預計中國的LED行業(yè)將會繼續(xù)保持高于行業(yè)平均的增長速度?！?/p>

照明的四個驅(qū)動力

·環(huán)保節(jié)能

LED照明是LED最主要的應用之一。LED照明擁有極高的發(fā)光效率，相比傳統(tǒng)的白熾燈提高了9-10倍，是傳統(tǒng)節(jié)能燈的2倍，高壓鈉燈的1.5倍?！皞鹘y(tǒng)的鎢絲燈、高放電電流燈泡(HID)和冷陰極螢光燈(CCFL)將會被淘汰，取而代之的是能耗較低、公害較少的LED燈?！泵绹鴩野雽w(NS)中國區(qū)業(yè)務總經(jīng)理何賢斌指出。因為LED不含任何危險材料，不像CFL在其燈管內(nèi)部存在有毒的汞蒸氣，可謂“綠色環(huán)?！薄?/p>

美國能源部指出：照明所消耗的能量占美國年發(fā)電量的22％，因此LED的節(jié)能作用頗具意義。LED照明的廣泛使用將使此項能耗下降50％。如果客觀地考慮到這一點，那么到2027年，LED照明所實現(xiàn)的年度能耗減少量將相當于5億桶石油，同時還減少了二氧化碳的排放量。

·LED光輸出

高功率LED的光輸出已經(jīng)實現(xiàn)了具有重要里程碑意義的100流明／瓦，有的制造商甚至聲稱其LED光輸出達到了120流明／瓦。這意味著就能量效率而言，LED如今已經(jīng)超越了CFL(其光輸出為80流明／瓦)。據(jù)預測，到2012年，LED的光輸出將達到150流明／瓦。

·LED成本下降

“價格是一個關鍵的因素，特別是在中國市場?！盌iodes Zetex公司亞太區(qū)技術市場總監(jiān)梁后權說。Intersil工業(yè)和通信電源部市場行銷經(jīng)理Robert L.Lucas說，目前照明用單LED每個2美元，相比之下，LED的驅(qū)動價格倒顯得不貴。如果有機會使LED的價格大幅下調(diào)的話，LED普及問題可以迎刃而解。Power Integrations公司(簡稱PI)對此也有同感，市場營銷副總裁Doug Bailey.認為普通LED照明市場所面臨的主要障礙是，還無法證明其整體擁有成本(TCO)與其他照明產(chǎn)品(白熾燈、鹵素燈、LFL／CFL等)相比具有競爭優(yōu)勢。如果你的產(chǎn)品具有非常長的使用壽命(35-50-100K小時)并采用高效驅(qū)動器的話，那么問題就解決。效率高出10％、使用壽命為50K小時的10W LED驅(qū)動器可以節(jié)省10美元的電費。節(jié)省的這筆費用可以降低TCO，從而使LED燈的優(yōu)勢凸現(xiàn)出來。

不過，“LED照明的成本下降得非?？?。”凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場主管Tony Armstrong舉例說，“Polybrite公司(一家采用LED技術的照明產(chǎn)品領先供應商)指出：在過去的12個月里，個別白光二極管(某些已被LED燈泡所采用并占據(jù)其大部分成本)的價格已經(jīng)從8美元降至1.50美元。他們進一步預測，在2009年，用LED燈泡替換白熾燈泡的價位將為消費者所接受。”

·應用升溫

LED的應用以照明和背光為主，除此之外，還有汽車車燈等應用。

其中，廣告燈飾用大型LED顯示屏增速最快。據(jù)DIGlTIMES的預估，大型LED顯示屏用LED產(chǎn)值2008年至2010年分別為11.8億、16.4億、23.2億美元，年增長率分別為34.1％、39％、41.5％，可謂是LED眾應用領域當中增幅最顯著的產(chǎn)品。

“車載LED照明、戶外景觀照明和便攜產(chǎn)品應用的小尺寸LED背光已經(jīng)是相對成熟的LED應用領域”，德州儀器(TI)電源產(chǎn)品亞太市場開發(fā)部市場營銷經(jīng)理林志彥說，“LED照明市場剛剛起步，將有更大的開拓空間。因此TI從2008年下半年開始部署亞洲LED照明市場?！?/p>

高亮LED及驅(qū)動技術動向

高亮度LED(HB LED)成為2009年的熱門話題，近來在各個領域得到了廣泛應用，其中包括LCD背光模組、汽車照明、普通照明以及半導體照明，這些應用使得高亮度LED未來5年的成長前景相當樂觀?！拔覀児烙嬆昃鶑秃显鲩L率為20％?！钡揽祵幍腂illy說。

高亮度(HB)LED的最新趨勢是大功率、更高的流明／瓦特，以及更高的光電效率。Diodes Zetex公司梁后權解釋說，白光或暖白光高亮度LED是室內(nèi)照明的最佳選擇，而RGB高亮度LED則適用于裝飾及情調(diào)照明。高亮度LED的另一個市場是汽車的車頭及車尾燈。雖然HID燈及傳統(tǒng)的電燈泡仍然主導該市場，不過高亮度LED應用擁有更好色

溫及更長使用壽命的優(yōu)點，所以逐漸在中國普及起來。

眾所周知，高亮度LED系統(tǒng)的熱性能是設計人員的重要考慮。這是由于LED應用與一般燈泡及低強度的3或5mm軸向LED不同，它所產(chǎn)生的熱量非常低。燈泡也會產(chǎn)生大量熱能，但這并不會構成任何問題。但是，高亮度LED產(chǎn)生過多熱度時，熱能需要在最短時間內(nèi)散去，以避免對LED造成損害。因此，從設計的角度來講，系統(tǒng)的熱量問題是一項重大的挑戰(zhàn)。梁后權說：“Diodes Zetex的高亮度LED驅(qū)動器的操作溫度可維持于世界級的125℃。憑藉此優(yōu)勢，整體系統(tǒng)的可靠性能夠在高操作溫度下提升。這個特性是照明系統(tǒng)一特別是高亮度LED照明系統(tǒng)的必要條件?！?/p>

由于高亮度LED的使用壽命長達5萬小時，所以高亮度LED系統(tǒng)設計人員一直都需要尋求可靠的設計。系統(tǒng)的具體考慮包括光電效率、流明／瓦特、色溫漂移、光強度隨時日衰減的情況，以及封裝的熱阻性。此外，設計人員也一直尋求高正向電壓、高色溫及高強度的高亮度LED。這些參數(shù)對系統(tǒng)的可視功能發(fā)揮著重大的作用。市場需要的LED驅(qū)動器需擁有細小、低熱阻的封裝，并具有高可靠性、高效率，還有良好的LED調(diào)光功能，如高調(diào)光比的PWM及DC調(diào)光功能。

另一項挑戰(zhàn)可說是系統(tǒng)的光學設計，因為這涉及各種各樣的參數(shù)，例如外殼、透鏡及反射鏡的用料及設計，甚至是LED的觀看角度。系統(tǒng)的整體效率則是最終的考驗。低效率的系統(tǒng)會造成很多問題，例如過熱、縮短使用壽命、降低可靠性，更嚴重的問題是周邊溫度上升，使高亮度LED的光衰弱加深。因此，這為LED驅(qū)動器廠商提出了挑戰(zhàn)。Diodes Zetex稱能夠幫助設計人員克服這些問題，包括提供評估板、應用及設計資料、模擬模型和Excel計算器，并由應用工程人員為客戶提供協(xié)助，可顯著縮減設計周期。

亮度調(diào)節(jié)方面需要微控制器驅(qū)動器。因為高級LED燈具設備需要通過控制LED的電流和實時監(jiān)測設備的智能驅(qū)動電子技術來實現(xiàn)。因為LED本身并不能像傳統(tǒng)白熾燈和熒光燈一樣發(fā)出高亮度的白光。并且當今絕大多數(shù)基于LED的設備要求實現(xiàn)能夠隨時間而變化的光線輸出。這些特性和要求給很多照明制造廠商帶來困擾?！癈ypress可以提供特殊的方案幫助解決這些問題，”Cypress高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理Brian Moody說，“使用我們的軟件設計人員可以輕松編寫程序，確保LED保持精準的顏色和強度輸出?！?/p>

DCLED光源及其驅(qū)動Ic的設計、生產(chǎn)技術都已日益完善，價格呈每年20％-30％的下降，為LED燈具的廣泛應用創(chuàng)造了良好的氛圍。華潤矽威科技有限公司的高工顏重光介紹道，AC LED還是剛剛起步的新產(chǎn)品，性能還需要完善，目前的價格離民用水平還有很大差距，可能還要幾年的時間才能達到今天DC LED的水平。不過，很多驅(qū)動器廠家沒有考慮做DC LED。對此，Intersil的Robert解釋說，Seoul半導體等公司采用AC LED的原因是該公司也同時做LED光源，因此直接做用AC驅(qū)動LED的方案。但大部分獨立的Ic廠商仍然采用直流的驅(qū)動器方案，好處是AC和DC隔離開來，這樣可以起到保護LED消費端的作用。例如，Intersil的方案能支持110～220V交流電，最高耐壓可達277V。

照明用單LED驅(qū)動器將保持增長勢頭

由于LED驅(qū)動器需要集成到單個燈體中，PI公司認為對LED驅(qū)動器的主要要求如下：

·效率更高，以降低燈內(nèi)的功率耗散并使LED驅(qū)動器能夠在可接受的溫度下進行工作；

·具備功率因數(shù)校正電路，以滿足新出臺的能源之星規(guī)范；

·外形尺寸小，以便裝入燈殼內(nèi)；

·優(yōu)先采用隔離式設計方案，更容易符合安全要求；

·在現(xiàn)行要求下，普通照明用單LED芯片將繼續(xù)保持增長勢頭(使得LED燈更難滿足高能效要求)。

不過，中國雖然目前的LED設計活動非?；钴S。但大部分的設計活動是針對歐美市場的，并非針對本國市場。

部分LED驅(qū)動器、調(diào)光及材料方案

安森美：多樣的LED驅(qū)動器及調(diào)光芯片

“每瓦流明數(shù)不斷提升的LED技術在2009年將繼續(xù)向前推進，恒流驅(qū)動架構是驅(qū)動LED的關鍵?！卑采腊雽w亞太區(qū)電源管理部市場推廣經(jīng)理蔣家亮說，“此外，要實現(xiàn)強固的LED驅(qū)動產(chǎn)品，需要采用系統(tǒng)導向的方法，考慮光源、電源轉(zhuǎn)換、LED控制和驅(qū)動、散熱和光學等多種因素?！?/p>

安森美專注于運用低電壓和高電壓技術，以及在電源管理方面的專長，不斷推出領先的技術和產(chǎn)品，例如CAT3224驅(qū)動器是業(yè)界首款4A單芯片LED驅(qū)動器，為基于超級電容的LED相機閃光和工業(yè)應用提供高強度LED閃光能力，在這些應用中LED被用于替代氙氣閃光。

該公司的LED驅(qū)動電源方案滿足從高壓離線型AC-DC開關電源到寬輸入范圍的中等電壓LED電源，以及便攜產(chǎn)品背光和閃光驅(qū)動應用的廣泛需求。例如離線式PWM開關穩(wěn)壓器NCP1014／1028，含集成的700V高壓MOSFET，具有輸出開路電壓鉗位、采用頻率抖動減少電磁干擾(EMI)信號以及內(nèi)置熱關閉保護等特性，適合于LED鎮(zhèn)流器、建筑物照明、顯示器背光、標志和通道照明及作業(yè)燈等應用?；蛱娲鶨27／GU10燈。

TI：整套LED供電方案

目前LED照明產(chǎn)品設計上面臨的最大問題就是LED供電電路的穩(wěn)定性和可靠性，由于終端廠商采用一些廉價器件，常常導致終端產(chǎn)品的穩(wěn)定性下降、照明壽命縮短。戶外照明中，高溫、寒冷等惡劣環(huán)境的影響也對LED供電的穩(wěn)定性提出了更高的要求。而TI提供的整體LED照明供電參考設計在可靠性方面較有特點。TI的優(yōu)勢在于，不是只給客戶提供一個單獨的芯片，而是為客戶提供一個可以直接應用的設計參考，是一個整體的LED供電解決方案，這樣客戶在開發(fā)新產(chǎn)品上的時間就大大縮短了。

日前，德州儀器(TI)最新推出高功率DC／DC升壓LED驅(qū)動器(TPS61500)、高壓DC／DC升壓轉(zhuǎn)換器(TPS61175)及降壓DC／DC轉(zhuǎn)換器(TPS62110)三款新型電源管理芯片。這三款產(chǎn)品可支持高達18V的輸入電壓并具有較小的電壓基準，有助于改進LED電路設計。

華潤矽威：將推出E27燈方案

華潤矽威在2006年已量產(chǎn)LED驅(qū)動IC。PT4115、PT4107已被國內(nèi)外客戶用于大批量生產(chǎn)各種LED燈具。2008年起向客戶提供可直接用于LED燈具生產(chǎn)的MR16、LED日光燈、LED吸頂燈等方案的DEMO板、BOM、PCB板圖；2009年推出可直接用于E27 LED燈具生產(chǎn)方案的DEMO板、BOM、PCB板圖；還有不少新

的系統(tǒng)應用方案在設計中，如LED路燈、太陽能LED燈等。

聚積科技：首款內(nèi)建16位PWM的LIED驅(qū)動器

MB15030號稱是業(yè)內(nèi)第一款內(nèi)建16位元PWM的智能型LED驅(qū)動芯片，可建立最高達65，536種灰階應用的全彩顯示屏，足以提供較寬影像處理能力，符合高階的LED顯示屏對于色彩表現(xiàn)、灰階表現(xiàn)的高規(guī)格要求。此外，MB15030改善傳統(tǒng)PWM的功能，將一個影像導通的時間分散成數(shù)個較短的導通時間，以增加整體的視覺更新率，最高可達7680Hz(@GCLK=SMHz)，能夠讓高速攝影機在拍攝時不閃爍地捕捉畫面。

PI：可靠性和集成度高

該公司IC可靠性較高，其失效率(FIT)約為1。PI的電源IC采用開／關或多模式控制，能提高驅(qū)動器的能效水平。此外，PI產(chǎn)品還可減少對外部元件數(shù)量的要求，從而延長驅(qū)動器的平均無故障時間(MTBF)。只使用15個外部元件完全可以設計出350mA，12V的LED驅(qū)動器。

ST：太陽能LED街燈

ST在今年2月深圳展出了太陽能LED(Solar LED)街燈，并在與合作伙伴共同推廣。整體方案由兩個模塊構成：一個85W太陽能充電器和一個25W發(fā)光二極管驅(qū)動器，節(jié)能并提高照明效果。

NS：RGB背光手機屏

NS推出了新技術一RGB(紅綠藍)背光驅(qū)動，代替通常的手機白光驅(qū)動。據(jù)NS公司亞太區(qū)電源產(chǎn)品市場總監(jiān)黃漢基介紹，白光背光的缺點是沒法做到純白，這樣圖像顏色就不夠真實。而RGB的好處是能夠達到100％色域，可以讓圖像更加的明亮。而且能保證在任何狀況下達到比較穩(wěn)定的效果(如圖1)。另外，白光驅(qū)動還有較大的能耗；但RGB加上高性能濾波器后，能達到良好的節(jié)能效果(如圖2)。

道康寧：硅基密封材料

作為LED行業(yè)重要的技術目標，光輸出率是極為重要的。道康寧認為硅基密封材料具有巨大的潛力，因為其更高的折射率(>1.5RI)，因此對于推廣LED在高性能領域的應用有著極其重要的作用。

硅基密封材料不但能夠保護LED免受自然環(huán)境的侵害，還能幫助控制光輸出率，并且提高在從低到高工作溫度(-40-150℃)下的長期穩(wěn)定性。相比環(huán)氧化合物材料，硅基密封材料能承受更高的LED工作溫度。硅基密封材料的優(yōu)點還包括高透光率，與多種材料極佳的粘附性，低吸濕性，同時還能滿足更加廣泛的硬度和粘性要求。