LED驱动芯片的市场和未来前景

2021-03-30 14:46

  发光二极管是一种常用的发光器件,它通过电子和空穴复合释放能量发光,可以有效地将电能转换成光能,在照明、平板显示、医疗等领域有着广泛的应用。作为LED器件的核心部分,驱动芯片控制着LED的发光线性度,降低了功率,延长了寿命,同时解决了整个方案的电磁兼容等关键问题。采用高精度电压、电流控制,自适应调节电流大小,形成完整的光谱图结构,通过协议控制多种LED阵列,满足用户的各种调节要求,实现LED自适应光学、色温、色色、传输等一系列功能,对LED整机性能有重要影响,被称为LED器件的“大脑”。


  屏幕驱动芯片主要用来控制LED显示屏的色彩、亮度、对比度等图象效果,具有较宽的恒流范围,较高的恒流精度,较低的刷新率,较低的电磁干扰,较低的功耗,较高的显示清晰度和较高的可靠性,广泛应用于LED全彩屏、LED小间距屏、LED单色屏等产品。从21世纪开始,由LED点阵构成的大型显示屏以其性能稳定、使用寿命长、使用成本低等特点,在近十年内迅速发展成为体育场馆、户外广告等主流大屏显示产品。随著小间距LED显示器技术的逐渐成熟,LED显示器的清晰度逐渐提高,生产成本也逐渐降低,LED显示器从“室外”走向“室内”,逐渐成为室内大屏幕领域的主流显示器,如安防、交通枢纽、医院、银行、会议中心、电影院等。

  智能化园林驱动芯片,可实现园林工程的智能化、情景化,控制园林显示的艺术效果,并可根据用户需求进行串联、并联,具有输入电压范围宽,抗干扰能力强,恒流精度高,稳定性好,易于调试维护,易于维护保养等特点,广泛应用于城市园林、景区园林、舞台背景景观等领域。

  发光二极管照明驱动芯片可使发光二极管处于最适宜的电压、电流状态下稳定工作,具有单片机或多片机恒流、开关调光、准全电压恒流、可控硅调光、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,广泛应用于家庭照明、办公照明、商业照明、市政照明等照明领域。

  在这些因素中,LED显示屏和智能景观显示在性能上更注重视觉显示效果,照明和家用电器更注重可靠性和寿命,因此对相关芯片的技术要求也有较大差异。发光二极管显示器驱动芯片采用数模混合设计,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作,通过芯片内算法反馈数据,使图像数据以RGB格式还原,通过高精度、快速响应输出电流驱动RGB灯珠,达到14-16bit的高灰度,增强显示效果。发光二极管照明驱动芯片和电源管理芯片主要以模拟功能为主,主要应用于诸如110V、220V等高电压领域,采用高压或超高压工艺,在技术上实现恒流开关的动作,同时提高器件抗雷击、抗冲击的可靠性,使相关产品达到3C、CE等标准认证。

  产业运营模式主要有两种:IDM模式和Fabless模式。1980年代集成电路行业主要采用IDM模式,而芯片设计则是大型集成电路企业的组成部分。随着Fabless模式在1984年正式开启,集成电路设计领域逐渐转向资产较轻、专业化程度较高的Fabless经营模式,传统的IDM集成电路厂商也将晶圆生产线分离出来,成立独立的晶圆制造工厂。

  IDM模式即“垂直整合制造模式”,是指集成电路企业在整个产业链中涵盖了芯片设计、晶圆制造、封装测试等各个环节,属于典型的重资产模式,对企业研发能力、资金实力和技术水平提出了较高的要求。现在IDM模式的企业主要是全球集成电路行业的巨头,代表企业有英特尔,三星,东芝等。

  Fabless模式Fabless模式是指仅从事芯片设计业务的集成电路企业,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装测试厂完成。与IDM模式相比,Fabless模式以芯片设计为核心,以轻资产、专业化为特点,使企业集中资源,集中精力进行芯片设计与研发,充分发挥技术创新能力。现在,世界上绝大多数的集成电路设计企业都采用了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。

  发光二极管驱动芯片的发展

  ②线性恒流技术带来了LED高集成智能应用。

  线恒流驱动是基于LED特性而开发的一种全新的、简单易行的驱动方式,可以省去部分磁性元件,降低电磁兼容性隐患,在稳定性、寿命等方面都优于传统驱动方式;在智能照明领域,线恒流驱动方案在集成电路设计中就采用了智能调光端口,可实现智能调光,具有较大的发展优势。

  二是LED显示间距小,驱动芯片高度集成化的发展趋势。

  随着LED显示屏间距的减小,单位面积内使用的LED珠数呈指数级增长,因此在LED显示屏上需增加LED显示驱动芯片。驱动器要突破尺寸缩小、电流显示均匀性好、芯片输出电流通道之间相互串扰小、可靠性高等一系列难题,在集成更多晶体管以提高IC性能的同时,还需要将多个功能模块封装在同一IC中,以实现功能多样化,形成高集成度的驱动器IC产品。

  ②LED新的应用场景不断扩展,驱动芯片多样化发展。

  随著LED技术的不断进步,下游需求日益增长,LED的智能显示功能可应用于多种场景及电子产品,包括汽车氛围灯、LED透明广告牌、智能音箱、智能闹钟等。此外,随着LED显示屏小间距化的发展,LED显示屏将在电视领域实现商业应用,并进一步进入消费电子领域,如可穿戴设备、显示器、手机、扩展现实/虚拟现实(AR/VR)。随着LED应用领域的不断拓展,驱动芯片企业需要持续的研发投入,多元化发展,以满足不同产品的应用需求。

  ④本土化进一步替代,并将逐步实现优势技术输出。

  随着国内LED驱动IC产业的发展日趋成熟,国内整体技术水平已逐步赶上,国内驱动IC企业在国际上的竞争力显著增强,特别是在高性价比方面具有较大优势,逐步实现LED驱动IC的国产化替代,完成了LED驱动IC的自主可控进程,并在国家“一带一路”战略的推动下,实现了技术和产品的优势外销,进一步增强了国产LED驱动芯片在全球的竞争力。

  工业下游概况

  发光二极管是第四代照明光源或绿色光源,它具有节能,环保,寿命长,体积小等优点,广泛用于各种显示、显示、装饰、背景、照明以及城市夜景等场合。随著LED技术的成熟,LED灯珠的成本降低,性能价格比逐渐提高,产品渗入各个下游应用领域,我国LED市场规模不断扩大。据全国半导体照明工程研发与产业化联盟统计,我国LED市场规模从2012年的1,920亿元增至2019年的7,548亿元,年复合增长率达21.60%。

  无论是从上游发光层外延、中游封装到下游应用,中国企业都是全球LED产业链中的佼佼者。根据GGII统计数据,全球70%以上的LED应用产品产自中国,中国LED产业具有较高的自主可控性,在国际贸易中具有较强的议价能力。