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揭秘顯示驅動芯片,一年84億顆需求

需求暴增,顯示IC也鬧“芯片荒”

2020年,全球顯示驅動芯片需求量達80.7億顆(包含TDDI+DDIC)。

2020年受新冠肺炎疫情(COVID-19)影響,顯示驅動芯片需求量實現同比兩位數增長達80.7億顆,其中大尺寸顯示驅動芯片占總需求70%,而液晶電視面板所用驅動芯片占比大尺寸總需求的40%以上;中小型顯示驅動芯片占總需求30%,智能手機占比最 高,LCD TDDI和OLED DDIC合計占比約20%;2021年,終端應用增長依然強勁,同時由于電視面板的高分辨率趨勢確立,2021年顯示驅動芯片總需求將增長至84億顆。

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在去年開始的“芯片荒”浪潮下,顯示驅動IC也不可避免地受到了波及,根據TrendForce數據,目前已經有部分顯示IC漲價30%。驅動 IC缺貨,面板行業更是首當其沖,自去年 1 月到今年3月,電視 50 吋 LCD 面板漲價一倍,彭博分析師 Matthew Kanterman 預估 ,液晶屏幕價格將保持上漲至今年第三季度,目前顯示驅動 IC 非常短缺。

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2021年價格上漲為全球DDIC(TDDI+DDI)市場規模上升的主要推動力。根據CINNO Research相關數據,2021年全球DDIC(包含TDDI+DDI)市場規模為138億美元,相比2020年增長55%,其中:

在全球晶圓8寸產能增量有限情況下,尤其是90~150nm成熟制程節點產能短缺較為明顯,供不應求情況下DDIC價格有明顯上漲(價格帶動DDIC營收規模增長~53%,出貨量帶動DDIC營收規模增長~2%);

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在制程方面, 顯示驅動IC制程范圍較廣,涵蓋28nm~150nm工藝段,其中NB等IT和TV工藝節點為110~150nm;LCD手機和平板電腦的集成類TDDI制程段在55nm~90nm;AMOLED驅動IC的制程段較為先進為28nm~40nm;依據DISCIEN相關統計,每個月顯示驅動IC消耗晶圓約250~270K,約占全球Foundry產能的6%。

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全球主要顯示驅動芯片代工廠包括中國臺灣地區臺積電、聯電、世界先進和力積電,韓國東部高科等,中國本土包括中芯國際、晶合集成等。

技術上, 屏幕顯示驅動芯片封裝技術主要有 COG、COF和COP。三者主要的應用是實現手機或電視系統對其屏幕(LCD,OLED)的驅動控制,以及與其它系統例如主板FPCB、部件等的信號鏈接。在全面屏趨勢以前,基本上所有的手機都采用的是COG封裝工藝,這種封裝良品率高、成本低且易于大批量生產的直接優勢。

在屏幕四邊寬度上:COG>COF>COP,在屏幕成本上:COP>COF>COG。COF和COP的柔韌特性能使屏幕的側面區域(邊框)設計變的更窄。但是只有使用OLED屏幕配合上COP封裝才能夠實現真正的四面無邊框。

在COP里,DDIC直接固定在COP的柔性塑料基板上從而形成一個整體,這樣一來COP的塑料柔性基板便可不受物理限制的在手機或電視邊緣區域形成彎曲,從而進一步縮小邊框達到近乎無邊框的效果。


LCD驅動IC,TDDI是主流

電容屏驅動IC是電容屏工作處理的主體,是采集觸摸動作信息和反饋信息的載體,IC采用電容屏工作的原理采集觸摸信息并通過內部MPU對信息進行分析處理從而反饋終端所需資料進行觸摸控制。

顯示驅動芯片是面板的主要控制元件之一,主要功能為通過對屏幕亮度和色彩的控制實現圖像在屏幕上的呈現。目前,LCD屏幕的驅動IC主要使用的是觸控與顯示驅動器集成(Touch and Display Driver Integration,簡稱TDDI )技術。

TDDI芯片將顯示驅動芯片和觸控面板芯片集合到一顆芯片當中,可以有效提高觸控顯示裝置的集成度,使移動電子設備更輕薄、成本更低、顯示效果更好。

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TDDI通過接收主板發送的信息,并將信息進行模擬數字處理和算法處理形成指令,再通過控制輸出電壓調整液晶分子的偏轉角度,從而達到控制屏幕顯示效果的目的。原有的系統架構因為顯示與觸控芯片是分離的,這可能會導致一些顯示噪聲的存在,而TDDI由于實現了統一的控制在噪聲的管理方面會有更好的效果。

TDDI優勢:

1、 一流性能。顯示觸控一體化的系統架構減少了顯示噪聲,提供了一流的電容式觸控性能,提升整體感應的靈敏度;

2、 外型更薄。有效提升屏占比滿足手機薄型化窄邊框的設計需求;

3、 降低成本。相較于傳統的觸控方案,TDDI 模組工藝流程簡單。同時,集成化的 TDDI 可集成Force Touch、3D、指紋識別等功能;

4、簡化供應鏈。簡少了傳統外掛式觸控方案模組的組件數量及工藝步驟,使得良率提升,同時伴隨著 TDDI 資源的不斷豐富降低了系統總體成本。

TDDI劣勢

1、較使用 TDDI 帶來的系統總成本的降低,目前 TDDI 本身的成本遠大于單一觸控芯片加驅動芯片的成本總和;

2、需要更高的電壓,增加功耗,在 IC 的制作流程上需要更多的 mask 及工藝程序;

3、隨著市場終端對超載邊框需求日益明確,由于 TDDI chipsize 變大而導致難以實現。

目前各大 TDDI 廠商均在與 Panel 廠商合作開發全 interlace架構 TDDI,這也為未來 TDDI 技術主要走向之一。早期 TDDI 的架構為顯示驅動部分與觸控部分分開,驅動顯示電路走線居中,觸控部分分布兩側。這樣做帶來的問題是芯片 chip size 變大,與 PanelBonding 時走線過多且復雜,從而增加了 TDDI 的物理成本。

隨著手機終端超窄邊框及低成本的不斷訴求,IC 廠商不斷優化電路結構設計,將驅動顯示電路與觸控電路交錯分布(interlace),從局部 interlace到全 interlace。此項革新解決了 chip size 過大的問題,極大的縮小了芯片大小,降低物理成本。由于電路走線設計的簡化也使得 Panel 設計優化,層數減少從而帶來整體成本的降低。

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近年來TDDI芯片,即顯示驅動芯片和觸控芯片整合的觸控技術處于不斷發展的階段;京東方公司在2019年6月14日提出了一項發明專利,用于解決現有的TDDI芯片在輕負載模式下觸控時間段內出現空閑的問題。

Omdia預計2020年LCD觸控和顯示集成驅動芯片(TDDI)的出貨量將達到8.73億顆。其中, 智能手機:用于智能手機顯示屏的TDDI出貨量將達到7.81億顆。平板電腦:平板電腦TDDI快速滲透,2020年預計將達到8400萬顆。車載:汽車領域TDDI市場也逐漸成熟,預計今年的出貨量將達到500萬顆。

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目前全球TDDI廠家主要有中國臺灣地區的聯詠、敦泰、奇景、譜瑞等,韓國三星、SiliconWorks等原驅動IC廠商也加碼TDDI市場,中國大陸推出TDDI芯片產品的廠商主要為韋爾股份、集創北方、晶門科技、格科微。


OLED驅動IC,華為入局

OLED的驅動IC目前為DDIC (Display Driver Integrated Circuit,簡稱DDIC), 主要功能:控制OLED顯示面板,配合OLED顯示屏實現輕薄、彈性和可折疊,并提供廣色域和高保真的顯示信號。同時,OLED要求實現比LCD更低的功耗,以實現更高續航。

目前高端旗艦手機搭載On-cell技術的AMOLED面板,由于AMOLED面板結構與驅動方式和LCD完全不同, On-cell模式下觸控顯示同時工作會產生干擾, TDDI在AMOLED依然處于起步階段。

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2020 年全 DDIC市場規模為19.37億美元 ,2020~2023年CAGR 12.7%,2023年市場規模增長至27.71億美元。其中5G智能手機換機周期,OLED加速滲透,手機為DDIC主要應用領域,預計到2023年手機DDIC市場規模為23.87億美元;

高端TV采用OLED屏幕后帶動DDIC市場增長,預計到2023年OLED TV DDIC市場規模為1.3億美元。

依據TrendForce集邦咨詢研究,2021年預計AMOLED手機機型比重大幅度提升至39%;a-Si /IGZO LCD機型需求依然強勁,預計全年比重僅微幅下滑至28%;LTPS LCD機型比重則持續受到壓縮,預計比重將減少至33%,但其中LTPS HDLCD機型的規模有望逐漸增加。

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AMOLED驅動IC領域,韓國公司處于領先地位,具備技術優勢。其中 Samsung LSI 2020年市占率超過50% , 三星顯示(Samsung Display)的專屬供應商,美格納次之占比達24%;Silicon Works歷史上依賴于單一客戶LGD,未來爭取客戶多元化;中國臺灣地區的Novatek(聯詠)和瑞鼎科技(Raydium)是 2020年中國面板廠AMOLED驅動芯片主要的供應商,市場份額分別為7%和6%。

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目前OLED驅動IC還是以韓國和中國臺灣的公司為主,國內企業占比較低,不足1%;依據集微網,半導體投資聯盟信息,華為海思自研的首款OLED驅動芯片已于2020年完成流片,預計采用40nm工藝,于2022年上半年量產;產能方面,由于OLED 驅動芯片主要采用40nm/28nm,韓國三星和Magnachip最先進的制程到28nm,整體代工產能偏緊的情況下,OLED驅動IC產能也受到限制。

根據 Bloomberg信息,2020年三星代工業務的60%來自于旗下S.LSI部門(自有銷售,包括5GSoC,高像素CIS,DDI等);剩余的40%高通占比約20%,NVIDIA, IBM, Intel等占比剩余的20%。

依據三星電子公司公告,2021年公司代工業務將會注重先進制程,拓展下游應用包括HPC/汽車等,而S.LSI則繼續聚焦于5G SoC,高分辨率CIS和DDI;

另外的OLED驅動IC玩家主要有Magnachip和 Silicon Works。Magnachip 是全球最大的獨立OLED顯示驅動供應商 28nm OLED驅動芯片領先者,具備超低功耗和最小尺寸;具備量產能力,截止到2020年Q4,公司累計出貨6.81億顆。

Silicon Works銷售主要依賴于單個客戶LGD,2019年開始逐漸引入中國部分面板制造商,2020年公司OLED相關產品LGD占比91%;公司主要的產品包括TV/電腦/汽車等OLED/LCD驅動芯片以及智能手機OLED驅動IC,從制程的角度看,小型OLED DDI(12寸,28nm);低端小型LCD TDDI(8寸,65nm);大型DDIC(8寸,120-130nm)。

作者認為,在面板領域,中國公司已經占據了LCD市場半壁江山,OLED面板也在快速追趕三星、LG等公司。不過在驅動IC上,國內占有率不足1%。好在面對這樣的情況,國內有多家驅動IC企業已經加強了自研。而且,顯示驅動IC的主流工藝最 高的也不過28nm工藝,這些工藝國內代工廠都已經量產,著國內企業加速新產品的研發,突破高端產品,國內顯示IC會逐步實現進口替代。

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