疫情推動(dòng)了遠程辦公和線(xiàn)上教育,使得個(gè)人電腦和平板電腦需求爆發(fā);疫情居家封鎖也推動(dòng)了電視市場(chǎng)的增長(cháng),由于居家時(shí)間變長(cháng),電視娛樂(lè )成為了人們的首選;同時(shí)在移動(dòng)端,智能手機受到5G網(wǎng)絡(luò )高速發(fā)展、折疊手機普及、AMOLED滲透率提升等多重利好,也將重新回到上升趨勢;同時(shí)新能源車(chē)的快速發(fā)展,也帶動(dòng)了車(chē)載顯示的成長(cháng),未來(lái)顯示產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新一輪的上升趨勢。
根據CINNO Research統計數據,2020年全球主要應用市場(chǎng)顯示面板出貨量達到35.3億片,較2019年增長(cháng)3.9%,而預計到2025年將達到36.7億片規模,年均復合增長(cháng)率約0.8%。
在這樣的市場(chǎng)需求背景下,顯示驅動(dòng)芯片應用顆數越多,對晶圓產(chǎn)能的消耗量越大。從顯示面板芯片的分類(lèi)看,TCON、Source IC和Gate IC是控制面板顯示的三大主要芯片,隨著(zhù)面板設計的進(jìn)步、晶圓制造工藝技術(shù)的成熟,各個(gè)功能芯片整合成為了顯示面板驅動(dòng)芯片的主流發(fā)展趨勢。
如圖所示,我們將目前主要的顯示驅動(dòng)芯片方案做梳理:
第一類(lèi):完全分離型顯示驅動(dòng)芯片方案,TCON+Source IC+Gate IC
在完全分離型芯片架構中,TCON獨立于Driver IC設計在PCB上,Source IC和Gate IC分別綁定在玻璃側邊和底部。TCON輸出Display Data、Source Control和Gate Control信號,通過(guò)PCB、FPC和玻璃基板走線(xiàn),分別傳輸給Source IC和Gate IC。Source IC和Gate IC分別通過(guò)玻璃基板走線(xiàn)向Display Area(顯示區域)傳輸電壓信號驅動(dòng)顯示面板工作。
第二類(lèi):部分分離型顯示驅動(dòng)芯片方案,TED+Gate IC
該方案將TCON和Source IC整合為一顆TED IC,Gate IC為獨立芯片, 系統主控芯片通過(guò)FPC輸入System Data, TED IC中TCON模塊對數據進(jìn)行轉換后在芯片內部輸入給Source模塊,同時(shí)通過(guò)玻璃走線(xiàn)將Gate Control信號輸入Gate IC。TED IC和Gate IC分別通過(guò)玻璃走線(xiàn)向Display Area傳輸信號。該方案對驅動(dòng)芯片進(jìn)行了部分整合,但距離單芯片解決方案仍有較大差距。
該方案主要在中尺寸顯示面板發(fā)展早期出現,大部分使用LVDS接口,并且使用該TED IC均需要搭配其特定的Gate IC使用。目前主要在低端應用市場(chǎng)如汽車(chē)后裝市場(chǎng)流通。
第三類(lèi):整合型顯示驅動(dòng)單芯片方案,One Chip Solution
隨著(zhù)面板制造技術(shù)的進(jìn)步,以及市場(chǎng)需求的推動(dòng),面板廠(chǎng)逐步引入GIA(Gate Driver in Array)技術(shù), 使用GIA電路取代Gate IC, 將Gate IC和Source IC進(jìn)行整合.
傳統TFT-LCD面板Gate線(xiàn)路采用配線(xiàn)從驅動(dòng)芯片導入信號使TFT開(kāi)啟,將顯示信號輸入到像素單元完成畫(huà)面顯示。由于每一條配線(xiàn)對應一行Gate電路,配線(xiàn)條數較多,占用空間較大。為對應窄邊框和高解析度產(chǎn)品需求,集成柵極驅動(dòng)電路(GIA, Gate Driver in Array)技術(shù)應運而生。GIA即在TFT玻璃上通過(guò)用MOSFET所搭建的電路,給每行設計一組GIA電路,僅輸入少量GIA Timing信號,可輸出多路Gate控制信號,從而替代Gate Driver IC的功能。目前GIA方案已廣泛應用在智能手機、平板電腦等主流顯示市場(chǎng),促進(jìn)了智能手機、平板電腦等領(lǐng)域整合型顯示驅動(dòng)芯片的發(fā)展。
GIA技術(shù)的發(fā)展和普及,促進(jìn)了整合型顯示驅動(dòng)單芯片方案的發(fā)展。單芯片方案(One Chip Solution)將TCON、Source IC和Gate IC三個(gè)芯片均整合進(jìn)一顆芯片內,由這顆單一芯片完成顯示面板驅動(dòng)的所有功能。單芯片方案相對分離型方案,引入多種先進(jìn)技術(shù),大幅減少芯片使用量及外圍電路,簡(jiǎn)化芯片供應鏈管理難度。特別在移動(dòng)顯示領(lǐng)域,比如智能手表、智能手機和平板電腦,由于其顯示尺寸較小,并且主要在常溫應用, Array GIA電路可以穩定取代Gate IC; 同時(shí)其RC Loading相對較小,TCON整合到Source IC后,對Source驅動(dòng)力影響也不大。使用單芯片整合方案后,可以減少驅動(dòng)IC數量及外圍電路, 降低成本;并且取消了Gate IC, 搭配COF(Chip on Film)技術(shù)可以實(shí)現產(chǎn)品窄邊框設計;同時(shí)Data信號在IC內部走線(xiàn),走線(xiàn)距離更短、更穩定。因此,單芯片整合方案已經(jīng)成為中小尺寸移動(dòng)顯示領(lǐng)域的主流應用,根據CINNO Research數據, 目前智能手機顯示驅動(dòng)單芯片整合方案滲透率已經(jīng)達到100%, 未來(lái)也依然會(huì )全部使用單芯片方案,在安卓平板電腦市場(chǎng),國內LCD液晶面板企業(yè)也均采取單芯片整合方案。
面板設計架構與走線(xiàn)決定芯片類(lèi)型,分離型與單芯片不存在替代性
顯示面板驅動(dòng)芯片類(lèi)型通常由面板設計規格決定,而面板設計規格源于下游市場(chǎng)及客戶(hù)的需求。一款顯示面板是選擇使用整合型驅動(dòng)芯片方案還是分離型驅動(dòng)芯片方案,通常在面板設計初期就會(huì )決定,一旦面板設計定型后,相應的面板驅動(dòng)芯片架構也隨之確定。
以上三種架構在玻璃基板走線(xiàn)以及芯片綁定連接的Pin腳設計均完全不同,每一種面板設計架構對應一種芯片,即或是分離型芯片,或是整合型芯片。分離型芯片(包括TED芯片)適配的面板,無(wú)法用單芯片替代,反之亦然。
受應用場(chǎng)景、客戶(hù)需求的影響,單芯片產(chǎn)品與分離型芯片產(chǎn)品的技術(shù)路線(xiàn)存在較大差異。單芯片架構需整合數字電路、模擬電路、算法軟件等,相比分離型芯片要投入較多資源、人力滿(mǎn)足高整合、低功耗、抗干擾等多個(gè)設計規格;而在模擬電路設計方案、通信接口協(xié)議、系統架構等方面,整合型芯片與分離型芯片的設計方案均存在明顯差異。所以DDIC企業(yè)一般需搭建獨立研發(fā)團隊開(kāi)展整合型、分離型的研發(fā)工作,資源、人力成本投入高。行業(yè)內惟有個(gè)別企業(yè),能在小尺寸(移動(dòng)終端)、大尺寸兩個(gè)領(lǐng)域同時(shí)擁有先發(fā)優(yōu)勢。
未來(lái)五年顯示驅動(dòng)芯片供需仍將呈現周期化波動(dòng)趨勢
根據CINNO Research統計數據,2020年全球顯示驅動(dòng)芯片各應用市場(chǎng)中,電視面板和智能手機面板是最主要的兩大主力應用市場(chǎng),其中電視面板驅動(dòng)芯片需求量占比31%,智能手機占比24%,兩者合計占比接近55%。
2020年全球智能手機液晶面板整合型驅動(dòng)芯片主要供應商為聯(lián)詠科技、奇景光電、三星LSI、SiliconWorks、韋爾股份(收購美國新思Synaptics TDDI業(yè)務(wù))、天德鈺、奕力科技、敦泰電子和集創(chuàng )北方;全球智能手機AMOLED面板主要整合型驅動(dòng)芯片供應商為聯(lián)詠科技、瑞鼎科技、三星LSI、Magnachip、SiliconWorks、AnaPass和Synaptics.
電視面板驅動(dòng)芯片目前依然主要為分離型芯片,主要芯片設計公司聯(lián)詠科技、奇景光電、瑞鼎科技、天鈺科技、Magnachip、三星LSI、Siliconworks、集創(chuàng )北方、奕斯偉和晶門(mén)科技等。
中國大陸芯片設計廠(chǎng)商的市場(chǎng)份額近年來(lái)也逐步提升,根據CINNO Research統計數據,在2020年全球主要顯示面板應用驅動(dòng)芯片供給中,中國大陸廠(chǎng)商的市場(chǎng)份額已提升至約8%。
芯片自給率提升的同時(shí),我國上游晶圓生產(chǎn)制造能力也在同步提升。2020年全球顯示驅動(dòng)芯片的晶圓產(chǎn)能供給中,中國臺灣地區產(chǎn)能份額約為61%,中國大陸約為13%,未來(lái)隨著(zhù)合肥晶合、中芯產(chǎn)能的擴張,預計2021年中國臺灣地區產(chǎn)能份額略降至58%,中國大陸產(chǎn)能份額增至20%。
由此,CINNO Research預測,2022年全球顯示驅動(dòng)芯片的供需比將逐步緩和至9%(供給/需求-100%, 5%-10%為供需平衡),而屆時(shí)隨著(zhù)顯示驅動(dòng)芯片價(jià)格回落,全球產(chǎn)業(yè)供需關(guān)系仍將面臨調整,2023至2025年間供需情況或將再度緊張,產(chǎn)業(yè)供需仍將呈現周期化波動(dòng)趨勢。