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揭秘显示驱动芯片,一年84亿颗需求

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发表时间:2021-08-19 19:28

需求暴增,显示IC也闹“芯片荒”

2020年,全球显示驱动芯片需求量达80.7亿颗(包含TDDI+DDIC)。

2020年受新冠肺炎疫情(COVID-19)影响,显示驱动芯片需求量实现同比两位数增长达80.7亿颗,其中大尺寸显示驱动芯片占总需求70%,而液晶电视面板所用驱动芯片占比大尺寸总需求的40%以上;中小型显示驱动芯片占总需求30%,智能手机占比最 高,LCD TDDI和OLED DDIC合计占比约20%;2021年,终端应用增长依然强劲,同时由于电视面板的高分辨率趋势确立,2021年显示驱动芯片总需求将增长至84亿颗。

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在去年开始的“芯片荒”浪潮下,显示驱动IC也不可避免地受到了波及,根据TrendForce数据,目前已经有部分显示IC涨价30%。驱动 IC缺货,面板行业更是首当其冲,自去年 1 月到今年3月,电视 50 吋 LCD 面板涨价一倍,彭博分析师 Matthew Kanterman 预估 ,液晶屏幕价格将保持上涨至今年第三季度,目前显示驱动 IC 非常短缺。

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2021年价格上涨为全球DDIC(TDDI+DDI)市场规模上升的主要推动力。根据CINNO Research相关数据,2021年全球DDIC(包含TDDI+DDI)市场规模为138亿美元,相比2020年增长55%,其中:

在全球晶圆8寸产能增量有限情况下,尤其是90~150nm成熟制程节点产能短缺较为明显,供不应求情况下DDIC价格有明显上涨(价格带动DDIC营收规模增长~53%,出货量带动DDIC营收规模增长~2%);

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在制程方面, 显示驱动IC制程范围较广,涵盖28nm~150nm工艺段,其中NB等IT和TV工艺节点为110~150nm;LCD手机和平板电脑的集成类TDDI制程段在55nm~90nm;AMOLED驱动IC的制程段较为先进为28nm~40nm;依据DISCIEN相关统计,每个月显示驱动IC消耗晶圆约250~270K,约占全球Foundry产能的6%。

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全球主要显示驱动芯片代工厂包括中国台湾地区台积电、联电、世界先进和力积电,韩国东部高科等,中国本土包括中芯国际、晶合集成等。

技术上, 屏幕显示驱动芯片封装技术主要有 COG、COF和COP。三者主要的应用是实现手机或电视系统对其屏幕(LCD,OLED)的驱动控制,以及与其它系统例如主板FPCB、部件等的信号链接。在全面屏趋势以前,基本上所有的手机都采用的是COG封装工艺,这种封装良品率高、成本低且易于大批量生产的直接优势。

在屏幕四边宽度上:COG>COF>COP,在屏幕成本上:COP>COF>COG。COF和COP的柔韧特性能使屏幕的侧面区域(边框)设计变的更窄。但是只有使用OLED屏幕配合上COP封装才能够实现真正的四面无边框。

在COP里,DDIC直接固定在COP的柔性塑料基板上从而形成一个整体,这样一来COP的塑料柔性基板便可不受物理限制的在手机或电视边缘区域形成弯曲,从而进一步缩小边框达到近乎无边框的效果。


LCD驱动IC,TDDI是主流

电容屏驱动IC是电容屏工作处理的主体,是采集触摸动作信息和反馈信息的载体,IC采用电容屏工作的原理采集触摸信息并通过内部MPU对信息进行分析处理从而反馈终端所需资料进行触摸控制。

显示驱动芯片是面板的主要控制元件之一,主要功能为通过对屏幕亮度和色彩的控制实现图像在屏幕上的呈现。目前,LCD屏幕的驱动IC主要使用的是触控与显示驱动器集成(Touch and Display Driver Integration,简称TDDI )技术。

TDDI芯片将显示驱动芯片和触控面板芯片集合到一颗芯片当中,可以有效提高触控显示装置的集成度,使移动电子设备更轻薄、成本更低、显示效果更好。

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TDDI通过接收主板发送的信息,并将信息进行模拟数字处理和算法处理形成指令,再通过控制输出电压调整液晶分子的偏转角度,从而达到控制屏幕显示效果的目的。原有的系统架构因为显示与触控芯片是分离的,这可能会导致一些显示噪声的存在,而TDDI由于实现了统一的控制在噪声的管理方面会有更好的效果。

TDDI优势:

1、 一流性能。显示触控一体化的系统架构减少了显示噪声,提供了一流的电容式触控性能,提升整体感应的灵敏度;

2、 外型更薄。有效提升屏占比满足手机薄型化窄边框的设计需求;

3、 降低成本。相较于传统的触控方案,TDDI 模组工艺流程简单。同时,集成化的 TDDI 可集成Force Touch、3D、指纹识别等功能;

4、简化供应链。简少了传统外挂式触控方案模组的组件数量及工艺步骤,使得良率提升,同时伴随着 TDDI 资源的不断丰富降低了系统总体成本。

TDDI劣势

1、较使用 TDDI 带来的系统总成本的降低,目前 TDDI 本身的成本远大于单一触控芯片加驱动芯片的成本总和;

2、需要更高的电压,增加功耗,在 IC 的制作流程上需要更多的 mask 及工艺程序;

3、随着市场终端对超载边框需求日益明确,由于 TDDI chipsize 变大而导致难以实现。

目前各大 TDDI 厂商均在与 Panel 厂商合作开发全 interlace架构 TDDI,这也为未来 TDDI 技术主要走向之一。早期 TDDI 的架构为显示驱动部分与触控部分分开,驱动显示电路走线居中,触控部分分布两侧。这样做带来的问题是芯片 chip size 变大,与 PanelBonding 时走线过多且复杂,从而增加了 TDDI 的物理成本。

随着手机终端超窄边框及低成本的不断诉求,IC 厂商不断优化电路结构设计,将驱动显示电路与触控电路交错分布(interlace),从局部 interlace到全 interlace。此项革新解决了 chip size 过大的问题,极大的缩小了芯片大小,降低物理成本。由于电路走线设计的简化也使得 Panel 设计优化,层数减少从而带来整体成本的降低。

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近年来TDDI芯片,即显示驱动芯片和触控芯片整合的触控技术处于不断发展的阶段;京东方公司在2019年6月14日提出了一项发明专利,用于解决现有的TDDI芯片在轻负载模式下触控时间段内出现空闲的问题。

Omdia预计2020年LCD触控和显示集成驱动芯片(TDDI)的出货量将达到8.73亿颗。其中, 智能手机:用于智能手机显示屏的TDDI出货量将达到7.81亿颗。平板电脑:平板电脑TDDI快速渗透,2020年预计将达到8400万颗。车载:汽车领域TDDI市场也逐渐成熟,预计今年的出货量将达到500万颗。

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目前全球TDDI厂家主要有中国台湾地区的联咏、敦泰、奇景、谱瑞等,韩国三星、SiliconWorks等原驱动IC厂商也加码TDDI市场,中国大陆推出TDDI芯片产品的厂商主要为韦尔股份、集创北方、晶门科技、格科微。


OLED驱动IC,华为入局

OLED的驱动IC目前为DDIC (Display Driver Integrated Circuit,简称DDIC), 主要功能:控制OLED显示面板,配合OLED显示屏实现轻薄、弹性和可折叠,并提供广色域和高保真的显示信号。同时,OLED要求实现比LCD更低的功耗,以实现更高续航。

目前高端旗舰手机搭载On-cell技术的AMOLED面板,由于AMOLED面板结构与驱动方式和LCD完全不同, On-cell模式下触控显示同时工作会产生干扰, TDDI在AMOLED依然处于起步阶段。

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2020 年全 DDIC市场规模为19.37亿美元 ,2020~2023年CAGR 12.7%,2023年市场规模增长至27.71亿美元。其中5G智能手机换机周期,OLED加速渗透,手机为DDIC主要应用领域,预计到2023年手机DDIC市场规模为23.87亿美元;

高端TV采用OLED屏幕后带动DDIC市场增长,预计到2023年OLED TV DDIC市场规模为1.3亿美元。

依据TrendForce集邦咨询研究,2021年预计AMOLED手机机型比重大幅度提升至39%;a-Si /IGZO LCD机型需求依然强劲,预计全年比重仅微幅下滑至28%;LTPS LCD机型比重则持续受到压缩,预计比重将减少至33%,但其中LTPS HDLCD机型的规模有望逐渐增加。

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AMOLED驱动IC领域,韩国公司处于领先地位,具备技术优势。其中 Samsung LSI 2020年市占率超过50% , 三星显示(Samsung Display)的专属供应商,美格纳次之占比达24%;Silicon Works历史上依赖于单一客户LGD,未来争取客户多元化;中国台湾地区的Novatek(联咏)和瑞鼎科技(Raydium)是 2020年中国面板厂AMOLED驱动芯片主要的供应商,市场份额分别为7%和6%。

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目前OLED驱动IC还是以韩国和中国台湾的公司为主,国内企业占比较低,不足1%;依据集微网,半导体投资联盟信息,华为海思自研的首款OLED驱动芯片已于2020年完成流片,预计采用40nm工艺,于2022年上半年量产;产能方面,由于OLED 驱动芯片主要采用40nm/28nm,韩国三星和Magnachip最先进的制程到28nm,整体代工产能偏紧的情况下,OLED驱动IC产能也受到限制。

根据 Bloomberg信息,2020年三星代工业务的60%来自于旗下S.LSI部门(自有销售,包括5GSoC,高像素CIS,DDI等);剩余的40%高通占比约20%,NVIDIA, IBM, Intel等占比剩余的20%。

依据三星电子公司公告,2021年公司代工业务将会注重先进制程,拓展下游应用包括HPC/汽车等,而S.LSI则继续聚焦于5G SoC,高分辨率CIS和DDI;

另外的OLED驱动IC玩家主要有Magnachip和 Silicon Works。Magnachip 是全球最大的独立OLED显示驱动供应商 28nm OLED驱动芯片领先者,具备超低功耗和最小尺寸;具备量产能力,截止到2020年Q4,公司累计出货6.81亿颗。

Silicon Works销售主要依赖于单个客户LGD,2019年开始逐渐引入中国部分面板制造商,2020年公司OLED相关产品LGD占比91%;公司主要的产品包括TV/电脑/汽车等OLED/LCD驱动芯片以及智能手机OLED驱动IC,从制程的角度看,小型OLED DDI(12寸,28nm);低端小型LCD TDDI(8寸,65nm);大型DDIC(8寸,120-130nm)。

作者认为,在面板领域,中国公司已经占据了LCD市场半壁江山,OLED面板也在快速追赶三星、LG等公司。不过在驱动IC上,国内占有率不足1%。好在面对这样的情况,国内有多家驱动IC企业已经加强了自研。而且,显示驱动IC的主流工艺最 高的也不过28nm工艺,这些工艺国内代工厂都已经量产,着国内企业加速新产品的研发,突破高端产品,国内显示IC会逐步实现进口替代。


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