LED驱动芯片技术及市场应用

2020-12-30 18:01

  LED 是一种常用的发光器件,通过电子与空穴复合释放能量发光, 可高效地将电能转化为光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、 医疗器件等。驱动芯片作为 LED 器件中不可或缺的核心部件,其控制着 LED 的 发光线性度,降低功率、提高寿命,同时解决整体方案的电磁兼容等关键因素。驱动芯片采用高精度的电压和电流控制,自适应调整电流的大小,形成完整的光 谱结构,驱动芯片可以通过协议控制多个发光二极管阵列,满足使用者的所有调 控需求,从而实现 LED 自适应光学、色温、色彩、传输等一系列功能,对整机 的性能有着重要影响,被誉为 LED 器件的“大脑”。

  显示屏驱动芯片主要用于控制 LED 显示屏的色彩、亮度、对比度等图 像效果,具有宽恒流范围、高恒流精度、高刷新率、低电磁干扰、低功耗、高显 示清晰度、高可靠性等特点,被广泛应用在 LED 全彩显示屏、LED 小间距显示 屏、LED 单双色显示屏等产品中。自二十一世纪起,LED 点阵组成的大面积显 示屏凭借性能稳定、使用寿命长、使用成本低等特点,在短短的十来年间,迅速 成长为体育场馆、户外广告等户外大屏显示的主流产品。随着小间距 LED 显示屏技术的逐步成熟,LED 显示屏的清晰度逐步提高、 制造成本逐步降低,LED 显示由“户外”进入“室内”,其逐渐成为安防应急、 交通枢纽、医院、银行、会议中心、电影院等室内大屏幕领域的主流显示方案。

  智能景观驱动芯片可以实现景观工程的智能化、情景化,控制景观显示 的艺术效果,并根据客户需求实现串联或并联连接,具有输入电源电压范围宽、 信号抗干扰能力强、恒流精度高、稳定性强、显示灰度等级高、调试和维修简便 等特点,被广泛应用于城市景观、景区景观、舞台背景等领域。

  LED驱动芯片可以使 LED 处在最合适的电压、电流状态中稳定工 作,具有单段或多段恒流、开关调光调色、准全电压恒流、可控硅调光调色、开 关分段、恒功率控制等特点,产品恒流精度高、功率因数高、系统效率高、结构 简单、方案成本低,被广泛应用于家居照明、办公照明、商业照明、市政照明等 照明领域。

  其中 LED 显示屏和智能景观在性能上更多关 注视觉上的显示效果,照明和家电更多关注可靠性和使用寿命,因而对相关芯 片的技术要求也存在差异。LED驱动芯片采取数模混合设计方式,以算法为主、模拟为辅,应用 于低电压输入,采用低电压亚微米或深亚微米工艺制程,通过芯片内部算法反 馈数据,将图像数据以 RGB 形式还原,通过高精度和快速响应的输出电流驱动 RGB 灯珠实现 14-16bit 的高灰度等级,增强显示效果。LED 照明驱动芯片和电源管理芯片主要以模拟功能为主,主要应用于强电 输入,如 110V 和 220V 的高压领域,采用高压或超高压工艺,在技术上实现恒 流开和关的动作,同时还要提高器件抗雷击、抗浪涌的可靠性,以使相关产品 符合 3C、CE 等标准认证。

  行业的主要经营模式分为 IDM 模式和 Fabless 模式两种。20 世纪 80 年代集成电路行业以 IDM 模式为主,芯片设计是大型集成电路企业的一部分。1984 年 Xilinx 正式开启了 Fabless 模式,随后集成电路设计领域逐步向轻资产、 专业性更强的 Fabless 经营模式转变,传统的 IDM 集成电路厂商也将晶圆生产线 剥离出来成立单独的晶圆制造工厂。

  (1)IDM 模式 IDM 模式即垂直整合制造模式,是指集成电路企业涵盖了产业链的芯片设 计、晶圆制造、封装测试等所有环节,属于典型的重资产模式,对企业的研发能 力、资金实力和技术水平都有很高的要求。目前采用 IDM 模式的企业主要为全 球集成电路行业巨头,代表性的企业有英特尔、三星半导体、东芝半导体等。

  (2)Fabless 模式 Fabless 模式是指集成电路企业只从事芯片设计业务,将晶圆制造、封装测 试等环节分别委托给专业的晶圆厂和封测厂完成。相较于 IDM 模式,Fabless 模 式专注于芯片设计,具有“资产轻、专业强”的特点,该模式能够使企业集中资 源专注于芯片设计和研发,充分发挥技术创新能力。目前,全球绝大部分集成电 路设计企业采用 Fabless 模式,主要代表有高通、博通、英伟达、联发科、华为 海思、紫光展锐等。