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    揭秘顯示驅(qū)動IC芯片,一年84億顆需求,華為入局破解國產(chǎn)芯尷尬

    顯示驅(qū)動 IC 是顯示屏成像系統(tǒng)的主要部分。主要是負(fù)責(zé)驅(qū)動顯示器和控制驅(qū)動電流的功能。近年來國內(nèi)面板產(chǎn)業(yè)鏈日益成熟,而驅(qū)動 IC 作為面板產(chǎn)業(yè)鏈最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),國內(nèi)配套依然處于起步的階段,無論是 LCD 的 TDDI 還是 OLED 驅(qū)動 IC 國內(nèi)企業(yè)占比依然較低。

    《顯示驅(qū)動芯 — 面板國產(chǎn)化最后 1 公里》

    01. 需求暴增,顯示 IC 也鬧“芯片荒”

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

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

    ▲ 2018~2021E 驅(qū)動芯片應(yīng)用占比(%)

    在去年開始的“芯片荒”浪潮下,顯示驅(qū)動 IC 也不可避免地受到了波及,根據(jù) TrendForce 數(shù)據(jù),目前已經(jīng)有部分顯示 IC 漲價 30%。驅(qū)動 IC 缺貨,面板行業(yè)更是首當(dāng)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(yù)估 ,液晶屏幕價格將保持上漲至今年第三季度,目前顯示驅(qū)動 IC 非常短缺。

    ▲ 2019~2024E 全球 DDIC 出貨量(億顆)

    ▲ 2020Q4 年全球 DDIC 供應(yīng)商份額(%)

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

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

    ▲ 2018 年~2023 年全球 DDIC 市場規(guī)模(億美元)

    ▲ 預(yù)計 2021 年 Q2 DDIC 價格環(huán)比上漲(單位:美元)

    在制程方面,顯示驅(qū)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(jié)點為 110~150nm;LCD 手機(jī)和平板電腦的集成類 TDDI 制程段在 55nm~90nm;AMOLED 驅(qū)動 IC 的制程段較為先進(jìn)為 28nm~40nm;依據(jù) DISCIEN 相關(guān)統(tǒng)計,每個月顯示驅(qū)動 IC 消耗晶圓約 250~270K,約占全球 Foundry 產(chǎn)能的 6%。

    ▲ 顯示驅(qū)動 IC 芯片的產(chǎn)品制程種類

    全球主要顯示驅(qū)動芯片代工廠包括中國臺灣地區(qū)臺積電、聯(lián)電、世界先進(jìn)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(shù)上,屏幕顯示驅(qū)動芯片封裝技術(shù)主要有 COG、COF 和 COP。三者主要的應(yīng)用是實現(xiàn)手機(jī)或電視系統(tǒng)對其屏幕(LCD,OLED)的驅(qū)動控制,以及與其它系統(tǒng)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(jī)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(chǎn)的直接優(yōu)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(cè)面區(qū)域(邊框)設(shè)計變的更窄。但是只有使用 OLED 屏幕配合上 COP 封裝才能夠?qū)崿F(xiàn)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(jī)或電視邊緣區(qū)域形成彎曲,從而進(jìn)一步縮小邊框達(dá)到近乎無邊框的效果。

    02. LCD 驅(qū)動 IC,TDDI 是主流

    電容屏驅(qū)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(nèi)部 MPU 對信息進(jìn)行分析處理從而反饋終端所需資料進(jìn)行觸摸控制。

    顯示驅(qū)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(xiàn)圖像在屏幕上的呈現(xiàn)。目前,LCD 屏幕的驅(qū)動 IC 主要使用的是觸控與顯示驅(qū)動器集成(Touch and Display Driver Integration,簡稱 TDDI )技術(shù)。

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

    ▲ TDDI 技術(shù)

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

    TDDI 優(yōu)勢:

    1、 一流性能。顯示觸控一體化的系統(tǒng)架構(gòu)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(yīng)的靈敏度;

    2、 外型更薄。有效提升屏占比滿足手機(jī)薄型化窄邊框的設(shè)計需求;

    3、 降低成本。相較于傳統(tǒng)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(yīng)鏈。簡少了傳統(tǒng)外掛式觸控方案模組的組件數(shù)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(tǒng)總體成本。

    TDDI 劣勢

    1、較使用 TDDI 帶來的系統(tǒng)總成本的降低,目前 TDDI 本身的成本遠(yuǎn)大于單一觸控芯片加驅(qū)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(dǎo)致難以實現(xiàn)。

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

    隨著手機(jī)終端超窄邊框及低成本的不斷訴求,IC 廠商不斷優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)設(shè)計,將驅(qū)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(shè)計的簡化也使得 Panel 設(shè)計優(yōu)化,層數(shù)減少從而帶來整體成本的降低。

    ▲ 驅(qū)動芯片工作電路結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

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

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

    ▲ 2020 年 LCD TDDI 各領(lǐng)域出貨量占比

    ▲ 2020 年 LCD TDDI 各領(lǐng)域出貨量占比

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

    03. OLED 驅(qū)動 IC,華為入局

    OLED 的驅(qū)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(xiàn)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(xiàn)比 LCD 更低的功耗,以實現(xiàn)更高續(xù)航。

    目前高端旗艦手機(jī)搭載 On-cell 技術(shù)的 AMOLED 面板,由于 AMOLED 面板結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式和 LCD 完全不同,On-cell 模式下觸控顯示同時工作會產(chǎn)生干擾,TDDI 在 AMOLED 依然處于起步階段。

    ▲ 智能手機(jī) OLED DDIC

    2020 年全 DDIC 市場規(guī)模為 19.37 億美元 ,2020~2023 年 CAGR 12.7%,2023 年市場規(guī)模增長至 27.71 億美元。其中 5G 智能手機(jī)換機(jī)周期,OLED 加速滲透,手機(jī)為 DDIC 主要應(yīng)用領(lǐng)域,預(yù)計到 2023 年手機(jī) DDIC 市場規(guī)模為 23.87 億美元;

    高端 TV 采用 OLED 屏幕后帶動 DDIC 市場增長,預(yù)計到 2023 年 OLED TV DDIC 市場規(guī)模為 1.3 億美元。

    依據(jù) TrendForce 集邦咨詢研究,2021 年預(yù)計 AMOLED 手機(jī)機(jī)型比重大幅度提升至 39%;a-Si /IGZO LCD 機(jī)型需求依然強(qiáng)勁,預(yù)計全年比重僅微幅下滑至 28%;LTPS LCD 機(jī)型比重則持續(xù)受到壓縮,預(yù)計比重將減少至 33%,但其中 LTPS HDLCD 機(jī)型的規(guī)模有望逐漸增加。

    ▲ 2019 年智能手機(jī)顯示屏分類(%)

    ▲ 2020 年智能手機(jī)顯示屏分類(%)

    ▲ 2021 年智能手機(jī)顯示屏分類(%)

    AMOLED 驅(qū)動 IC 領(lǐng)域,韓國公司處于領(lǐng)先地位,具備技術(shù)優(yōu)勢。其中 Samsung LSI 2020 年市占率超過 50% ,三星顯示(Samsung Display)的專屬供應(yīng)商,美格納次之占比達(dá) 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(qū)的 Novatek(聯(lián)詠)和瑞鼎科技(Raydium)是 2020 年中國面板廠 AMOLED 驅(qū)動芯片主要的供應(yīng)商,市場份額分別為 7% 和 6%。

    ▲ AMOLED 智能手機(jī)顯示驅(qū)動芯片 2019 年市場份額

    目前 OLED 驅(qū)動 IC 還是以韓國和中國臺灣的公司為主,國內(nèi)企業(yè)占比較低,不足 1%;依據(jù)集微網(wǎng),半導(dǎo)體投資聯(lián)盟信息,華為海思自研的首款 OLED 驅(qū)動芯片已于 2020 年完成流片,預(yù)計采用 40nm 工藝,于 2022 年上半年量產(chǎn);產(chǎn)能方面,由于 OLED 驅(qū)動芯片主要采用 40nm/28nm,韓國三星和 Magnachip 最先進(jìn)的制程到 28nm,整體代工產(chǎn)能偏緊的情況下,OLED 驅(qū)動 IC 產(chǎn)能也受到限制。

    根據(jù) Bloomberg 信息,2020 年三星代工業(yè)務(wù)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(jù)三星電子公司公告,2021 年公司代工業(yè)務(wù)將會注重先進(jìn)制程,拓展下游應(yīng)用包括 HPC/汽車等,而 S.LSI 則繼續(xù)聚焦于 5G SoC,高分辨率 CIS 和 DDI;

    另外的 OLED 驅(qū)動 IC 玩家主要有 Magnachip 和 Silicon Works。Magnachip 是全球最大的獨立 OLED 顯示驅(qū)動供應(yīng)商 28nm OLED 驅(qū)動芯片領(lǐng)先者,具備超低功耗和最小尺寸;具備量產(chǎn)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(guān)產(chǎn)品 LGD 占比 91%;公司主要的產(chǎn)品包括 TV/電腦/汽車等 OLED/LCD 驅(qū)動芯片以及智能手機(jī) OLED 驅(qū)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)。

    智東西認(rèn)為,在面板領(lǐng)域,中國公司已經(jīng)占據(jù)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(qū)動 IC 上,國內(nèi)占有率不足 1%。好在面對這樣的情況,國內(nèi)有多家驅(qū)動 IC 企業(yè)已經(jīng)加強(qiáng)了自研。而且,顯示驅(qū)動 IC 的主流工藝最高的也不過 28nm 工藝,這些工藝國內(nèi)代工廠都已經(jīng)量產(chǎn),著國內(nèi)企業(yè)加速新產(chǎn)品的研發(fā),突破高端產(chǎn)品,國內(nèi)顯示 IC 會逐步實現(xiàn)進(jìn)口替代。

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    2021-08-16
    揭秘顯示驅(qū)動IC芯片,一年84億顆需求,華為入局破解國產(chǎn)芯尷尬
    揭秘顯示驅(qū)動IC芯片,一年84億顆需求,華為入局破解國產(chǎn)芯尷尬,顯示驅(qū)動 IC 是顯示屏成像系統(tǒng)的主要部分。主要是負(fù)責(zé)驅(qū)動顯示器和控制驅(qū)動電流的功能。近年來國內(nèi)面板

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