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显示驱动芯片从分离型向整合型趋势发展 2020年中国大陆厂商全球份额提升至8%
日期:2021-07-09

全球晶圆产能吃紧,消费电子终端需求旺盛,面板驱动芯片价格面临持续上涨的压力。晶圆代工不断上调价格,使得驱动芯片价格较2020年初大幅上涨,预计2021年全球驱动芯片市场规模将创纪录的突破100亿美元,达到138亿美元,较2020年增长56.6%。显示驱动芯片是手机等移动终端的关键芯片,缺货引发了行业内外关注,协会组织编发此文对驱动芯片的技术及市场发展趋势进行了探讨。

疫情推动了远程办公和线上教育,使得个人电脑和平板电脑需求爆发;疫情居家封锁也推动了电视市场的增长,由于居家时间变长,电视娱乐成为了人们的首选;同时在移动端,智能手机受到5G网络高速发展、折叠手机普及、AMOLED渗透率提升等多重利好,也将重新回到上升趋势;同时新能源车的快速发展,也带动了车载显示的成长,未来显示产业将迎来新一轮的上升趋势。

根据CINNO Research统计数据,2020年全球主要应用市场显示面板出货量达到35.3亿片,较2019年增长3.9%,而预计到2025年将达到36.7亿片规模,年均复合增长率约0.8%

在这样的市场需求背景下,显示驱动芯片应用颗数越多,对晶圆产能的消耗量越大。从显示面板芯片的分类看,TCONSource ICGate IC是控制面板显示的三大主要芯片,随着面板设计的进步、晶圆制造工艺技术的成熟,各个功能芯片整合成为了显示面板驱动芯片的主流发展趋势。

如图所示,我们将目前主要的显示驱动芯片方案做梳理:

图示:显示驱动芯片整合趋势

第一类:完全分离型显示驱动芯片方案,TCON+Source IC+Gate IC

在完全分离型芯片架构中,TCON独立于Driver IC设计在PCB上,Source ICGate IC分别绑定在玻璃侧边和底部。TCON输出Display DataSource ControlGate Control信号,通过PCBFPC和玻璃基板走线,分别传输给Source ICGate ICSource ICGate IC分别通过玻璃基板走线向Display Area(显示区域)传输电压信号驱动显示面板工作。

图示:显示面板分离型驱动芯片方案

第二类:部分分离型显示驱动芯片方案,TED+Gate IC

该方案将TCONSource IC整合为一颗TED ICGate IC为独立芯片, 系统主控芯片通过FPC输入System Data, TED ICTCON模块对数据进行转换后在芯片内部输入给Source模块,同时通过玻璃走线将Gate Control信号输入Gate ICTED ICGate IC分别通过玻璃走线向Display Area传输信号。该方案对驱动芯片进行了部分整合,但距离单芯片解决方案仍有较大差距。

该方案主要在中尺寸显示面板发展早期出现,大部分使用LVDS接口,并且使用该TED IC均需要搭配其特定的Gate IC使用。目前主要在低端应用市场如汽车后装市场流通。

图示:显示面板芯片分离型方案-TED

第三类:整合型显示驱动单芯片方案,One Chip Solution

随着面板制造技术的进步,以及市场需求的推动,面板厂逐步引入GIAGate Driver in Array技术, 使用GIA电路取代Gate IC,  Gate ICSource IC进行整合。

传统TFT-LCD面板Gate线路采用配线从驱动芯片导入信号使TFT开启,将显示信号输入到像素单元完成画面显示。由于每一条配线对应一行Gate电路,配线条数较多,占用空间较大。为对应窄边框和高解析度产品需求,集成栅极驱动电路(GIA, Gate Driver in Array)技术应运而生。GIA即在TFT玻璃上通过用MOSFET所搭建的电路,给每行设计一组GIA电路,仅输入少量GIA Timing信号,可输出多路Gate控制信号,从而替代Gate Driver IC的功能。目前GIA方案已广泛应用在智能手机、平板电脑等主流显示市场,促进了智能手机、平板电脑等领域整合型显示驱动芯片的发展。

GIA技术的发展和普及,促进了整合型显示驱动单芯片方案的发展。单芯片方案(One Chip Solution)TCONSource ICGate IC三个芯片均整合进一颗芯片内,由这颗单一芯片完成显示面板驱动的所有功能。单芯片方案相对分离型方案,引入多种先进技术,大幅减少芯片使用量及外围电路,简化芯片供应链管理难度。特别在移动显示领域,比如智能手表、智能手机和平板电脑,由于其显示尺寸较小,并且主要在常温应用, Array GIA电路可以稳定取代Gate IC; 同时其RC Loading相对较小,TCON整合到Source IC后,对Source驱动力影响也不大。使用单芯片整合方案后,可以减少驱动IC数量及外围电路, 降低成本;并且取消了Gate IC, 搭配COFChip on Film)技术可以实现产品窄边框设计;同时Data信号在IC内部走线,走线距离更短、更稳定。因此,单芯片整合方案已经成为中小尺寸移动显示领域的主流应用,根据CINNO Research数据, 目前智能手机显示驱动单芯片整合方案渗透率已经达到100%, 未来也依然会全部使用单芯片方案,在安卓平板电脑市场,国内LCD液晶面板企业也均采取单芯片整合方案。

图示:显示面板芯片整合型方案-One Chip Solution

面板设计架构与走线决定芯片类型,分离型与单芯片不存在替代性

显示面板驱动芯片类型通常由面板设计规格决定,而面板设计规格源于下游市场及客户的需求。一款显示面板是选择使用整合型驱动芯片方案还是分离型驱动芯片方案,通常在面板设计初期就会决定,一旦面板设计定型后,相应的面板驱动芯片架构也随之确定。

以上三种架构在玻璃基板走线以及芯片绑定连接的Pin脚设计均完全不同,每一种面板设计架构对应一种芯片,即或是分离型芯片,或是整合型芯片。分离型芯片(包括TED芯片)适配的面板,无法用单芯片替代,反之亦然。

受应用场景、客户需求的影响,单芯片产品与分离型芯片产品的技术路线存在较大差异。单芯片架构需整合数字电路、模拟电路、算法软件等,相比分离型芯片要投入较多资源、人力满足高整合、低功耗、抗干扰等多个设计规格;而在模拟电路设计方案、通信接口协议、系统架构等方面,整合型芯片与分离型芯片的设计方案均存在明显差异。所以DDIC企业一般需搭建独立研发团队开展整合型、分离型的研发工作,资源、人力成本投入高。行业内惟有个别企业,能在小尺寸(移动终端)、大尺寸两个领域同时拥有先发优势。

未来五年显示驱动芯片供需仍将呈现周期化波动趋势

根据CINNO Research统计数据,2020年全球显示驱动芯片各应用市场中,电视面板和智能手机面板是最主要的两大主力应用市场,其中电视面板驱动芯片需求量占比31%,智能手机占比24%,两者合计占比接近55%

2020年全球智能手机液晶面板整合型驱动芯片主要供应商为联咏科技、奇景光电、三星LSISiliconWorks、韦尔股份(收购美国新思Synaptics TDDI业务)、天德钰、奕力科技、敦泰电子和集创北方;全球智能手机AMOLED面板主要整合型驱动芯片供应商为联咏科技、瑞鼎科技、三星LSIMagnachipSiliconWorksAnaPassSynaptics

电视面板驱动芯片目前依然主要为分离型芯片,主要芯片设计公司联咏科技、奇景光电、瑞鼎科技、天钰科技、Magnachip、三星LSISiliconworks、集创北方、奕斯伟和晶门科技等。

中国大陆芯片设计厂商的市场份额近年来也逐步提升,根据CINNO Research统计数据,在2020年全球主要显示面板应用驱动芯片供给中,中国大陆厂商的市场份额已提升至约8%

芯片自给率提升的同时,我国上游晶圆生产制造能力也在同步提升。2020年全球显示驱动芯片的晶圆产能供给中,中国台湾地区产能份额约为61%,中国大陆约为13%,未来随着合肥晶合、中芯产能的扩张,预计2021年中国台湾地区产能份额略降至58%,中国大陆产能份额增至20%

由此,CINNO Research预测,2022年全球显示驱动芯片的供需比将逐步缓和至9%(供给/需求-100%, 5%-10%为供需平衡),而届时随着显示驱动芯片价格回落,全球产业供需关系仍将面临调整,20232025年间供需情况或将再度紧张,产业供需仍将呈现周期化波动趋势。