疫情推動了遠程辦公和線上教育,使得個人電腦和平板電腦需求爆發(fā);疫情居家封鎖也推動了電視市場的增長,由于居家時間變長,電視娛樂成為了人們的首選;同時在移動端,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;同時新能源車的快速發(fā)展,也帶動了車載顯示的成長,未來顯示產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪的上升趨勢。
根據(jù)CINNO Research統(tǒng)計數(shù)據(jù),2020年全球主要應(yīng)用市場顯示面板出貨量達到35.3億片,較2019年增長3.9%,而預計到2025年將達到36.7億片規(guī)模,年均復合增長率約0.8%。
在這樣的市場需求背景下,顯示驅(qū)動芯片應(yīng)用顆數(shù)越多,對晶圓產(chǎn)能的消耗量越大。從顯示面板芯片的分類看,TCON、Source IC和Gate IC是控制面板顯示的三大主要芯片,隨著面板設(shè)計的進步、晶圓制造工藝技術(shù)的成熟,各個功能芯片整合成為了顯示面板驅(qū)動芯片的主流發(fā)展趨勢。
如圖所示,我們將目前主要的顯示驅(qū)動芯片方案做梳理:
第一類:完全分離型顯示驅(qū)動芯片方案,TCON+Source IC+Gate IC
在完全分離型芯片架構(gòu)中,TCON獨立于Driver IC設(shè)計在PCB上,Source IC和Gate IC分別綁定在玻璃側(cè)邊和底部。TCON輸出Display Data、Source Control和Gate Control信號,通過PCB、FPC和玻璃基板走線,分別傳輸給Source IC和Gate IC。Source IC和Gate IC分別通過玻璃基板走線向Display Area(顯示區(qū)域)傳輸電壓信號驅(qū)動顯示面板工作。
第二類:部分分離型顯示驅(qū)動芯片方案,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(tǒng)主控芯片通過FPC輸入System Data, TED IC中TCON模塊對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換后在芯片內(nèi)部輸入給Source模塊,同時通過玻璃走線將Gate Control信號輸入Gate IC。TED IC和Gate IC分別通過玻璃走線向Display Area傳輸信號。該方案對驅(qū)動芯片進行了部分整合,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(xiàn),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(yīng)用市場如汽車后裝市場流通。
第三類:整合型顯示驅(qū)動單芯片方案,One Chip Solution
隨著面板制造技術(shù)的進步,以及市場需求的推動,面板廠逐步引入GIA(Gate Driver in Array)技術(shù), 使用GIA電路取代Gate IC, 將Gate IC和Source IC進行整合.
傳統(tǒng)TFT-LCD面板Gate線路采用配線從驅(qū)動芯片導入信號使TFT開啟,將顯示信號輸入到像素單元完成畫面顯示。由于每一條配線對應(yīng)一行Gate電路,配線條數(shù)較多,占用空間較大。為對應(yīng)窄邊框和高解析度產(chǎn)品需求,集成柵極驅(qū)動電路(GIA, Gate Driver in Array)技術(shù)應(yīng)運而生。GIA即在TFT玻璃上通過用MOSFET所搭建的電路,給每行設(shè)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(yīng)用在智能手機、平板電腦等主流顯示市場,促進了智能手機、平板電腦等領(lǐng)域整合型顯示驅(qū)動芯片的發(fā)展。
GIA技術(shù)的發(fā)展和普及,促進了整合型顯示驅(qū)動單芯片方案的發(fā)展。單芯片方案(One Chip Solution)將TCON、Source IC和Gate IC三個芯片均整合進一顆芯片內(nèi),由這顆單一芯片完成顯示面板驅(qū)動的所有功能。單芯片方案相對分離型方案,引入多種先進技術(shù),大幅減少芯片使用量及外圍電路,簡化芯片供應(yīng)鏈管理難度。特別在移動顯示領(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(yīng)用, Array GIA電路可以穩(wěn)定取代Gate IC; 同時其RC Loading相對較小,TCON整合到Source IC后,對Source驅(qū)動力影響也不大。使用單芯片整合方案后,可以減少驅(qū)動IC數(shù)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)可以實現(xiàn)產(chǎn)品窄邊框設(shè)計;同時Data信號在IC內(nèi)部走線,走線距離更短、更穩(wěn)定。因此,單芯片整合方案已經(jīng)成為中小尺寸移動顯示領(lǐng)域的主流應(yīng)用,根據(jù)CINNO Research數(shù)據(jù), 目前智能手機顯示驅(qū)動單芯片整合方案滲透率已經(jīng)達到100%, 未來也依然會全部使用單芯片方案,在安卓平板電腦市場,國內(nèi)LCD液晶面板企業(yè)也均采取單芯片整合方案。
面板設(shè)計架構(gòu)與走線決定芯片類型,分離型與單芯片不存在替代性
顯示面板驅(qū)動芯片類型通常由面板設(shè)計規(guī)格決定,而面板設(shè)計規(guī)格源于下游市場及客戶的需求。一款顯示面板是選擇使用整合型驅(qū)動芯片方案還是分離型驅(qū)動芯片方案,通常在面板設(shè)計初期就會決定,一旦面板設(shè)計定型后,相應(yīng)的面板驅(qū)動芯片架構(gòu)也隨之確定。
以上三種架構(gòu)在玻璃基板走線以及芯片綁定連接的Pin腳設(shè)計均完全不同,每一種面板設(shè)計架構(gòu)對應(yīng)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,無法用單芯片替代,反之亦然。
受應(yīng)用場景、客戶需求的影響,單芯片產(chǎn)品與分離型芯片產(chǎn)品的技術(shù)路線存在較大差異。單芯片架構(gòu)需整合數(shù)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、人力滿足高整合、低功耗、抗干擾等多個設(shè)計規(guī)格;而在模擬電路設(shè)計方案、通信接口協(xié)議、系統(tǒng)架構(gòu)等方面,整合型芯片與分離型芯片的設(shè)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(nèi)惟有個別企業(yè),能在小尺寸(移動終端)、大尺寸兩個領(lǐng)域同時擁有先發(fā)優(yōu)勢。
未來五年顯示驅(qū)動芯片供需仍將呈現(xiàn)周期化波動趨勢
根據(jù)CINNO Research統(tǒng)計數(shù)據(jù),2020年全球顯示驅(qū)動芯片各應(yīng)用市場中,電視面板和智能手機面板是最主要的兩大主力應(yīng)用市場,其中電視面板驅(qū)動芯片需求量占比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(qū)動芯片主要供應(yīng)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(qū)動芯片供應(yīng)商為聯(lián)詠科技、瑞鼎科技、三星LSI、Magnachip、SiliconWorks、AnaPass和Synaptics.
電視面板驅(qū)動芯片目前依然主要為分離型芯片,主要芯片設(shè)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、奕斯偉和晶門科技等。
中國大陸芯片設(shè)計廠商的市場份額近年來也逐步提升,根據(jù)CINNO Research統(tǒng)計數(shù)據(jù),在2020年全球主要顯示面板應(yīng)用驅(qū)動芯片供給中,中國大陸廠商的市場份額已提升至約8%。
芯片自給率提升的同時,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(qū)動芯片的晶圓產(chǎn)能供給中,中國臺灣地區(qū)產(chǎn)能份額約為61%,中國大陸約為13%,未來隨著合肥晶合、中芯產(chǎn)能的擴張,預計2021年中國臺灣地區(qū)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(qū)動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),而屆時隨著顯示驅(qū)動芯片價格回落,全球產(chǎn)業(yè)供需關(guān)系仍將面臨調(diào)整,2023至2025年間供需情況或?qū)⒃俣染o張,產(chǎn)業(yè)供需仍將呈現(xiàn)周期化波動趨勢。