(1)主流顯示技術的發(fā)展演變
1897 年 CRT 顯示技術誕生,之后此項技術被用于早期電視和電腦顯示器上顯示圖像,直至 1964 年首個 LCD(液晶顯示器)和首個 PDP(等離子顯示器)問世,到目前為止 CRT 顯示技術已基本退出市場。
PDP 典型的厚膜制造工藝以及其高壓驅動方式導致成本居高不下,且長時間使用容易出現局部點的燒屏現象;LCD 采用薄膜制造工藝,為低壓驅動,通過采用大尺寸玻璃基板、低溫多晶硅(LTPS)技術有助于成本降低與性能提升、實現大尺寸化。思瀚發(fā)布《2023-2028年中國顯示驅動芯片行業(yè)競爭分析及發(fā)展前景預測報告》
21 世紀以前,40 英尺及以上顯示屏幕以等離子電視PDP 為主;21 世紀以來,LCD 液晶電視憑借尺寸和價格的優(yōu)勢逐步取代等離子電視PDP,成為市場主流。
當前主流的 LCD 顯示技術的生產中大量運用到了半導體工藝,成熟的半導體工藝與設備使得 LCD 具備大規(guī)模生產的條件。OLED 技術與 LCD 技術同源,兩者之間技術相關性和資源共享性高達 70%,因此 OLED 可以看做是 LCD 的延伸與發(fā)展。
(2)顯示驅動芯片介紹
完整的顯示驅動解決方案一般由源極驅動芯片(Source Driver)、柵極驅動芯片(Gate Driver)、時序控制芯片(TCON)和電源管理芯片組成。源極驅動芯片、柵極驅動芯片統(tǒng)稱為顯示驅動芯片(Display Driver IC,簡稱“DDIC”),其主要功能是對顯示屏的成像進行控制,它通常使用行業(yè)標準的通用串行或并行接口來接收命令和數據,并生成具有合適電壓、電流、定時和解復用的信號,使屏幕顯示所需的文本或圖像;時序控制芯片負責接收圖像數據并轉換為源極驅動芯片所需的輸入格式,為驅動芯片提供控制信號;顯示屏電源管理芯片對驅動電路中的電流、電壓進行有效管理。
(3)顯示芯片的分類
按照顯示原理的不同,CRT 和 PDP 屬于真空顯示;TFT-LCD 和 AMOLED 為半導體顯示。半導體顯示是指通過半導體器件獨立控制每個最小顯示單元的顯示技術統(tǒng)稱,其有三個基本特征:
一是以 TFT 陣列等半導體器件獨立控制每個顯示單元狀態(tài);
二是主要應用非晶硅(a-Si)、低溫多晶硅(LTPS)、氧化物(Oxide)、有機材料(Organic)、碳材料(Carbon Material)等具有半導體特性的材料;
三是主要采用半導體制造工藝。與半導體顯示技術和產品相關的材料、裝備、器件和相關終端產業(yè)鏈統(tǒng)稱為半導體顯示產業(yè),目前市場中主流的 LCD、OLED 顯示面板均采用半導體芯片實現畫面最終的呈現效果。
將顯示驅動芯片是否集成觸控功能可區(qū)分為顯示驅動芯片(DDIC)和觸控顯示整合驅動芯片(Touch and Display Driver Integration,簡稱“TDDI”),根據不同的應用場景及系統(tǒng)需求,決定了 DDIC 和 TDDI 在集成電路設計方案方面存在差異?,F階段市場上主流顯示驅動芯片包括 LCD 顯示驅動芯片(LCD DDIC)、觸控顯示整合驅動芯片(TDDI)和 OLED 顯示驅動芯片(OLED DDIC)三種類型。
① LCD 顯示驅動芯片(LCD DDIC)
LCD 顯示面板依靠正負電極間的電場驅動,引起置于兩片導電玻璃之間的液晶分子扭曲向列的電場效應,以控制光源投射或遮蔽,在電源開關之間產生明暗,進而將影像顯示出來。
目前的 LCD 產品主要有 a-Si、IGZO 和 LTPS三種基底材料,按照驅動方式可分為扭曲向列(TN)型、超扭曲向列(STN)型及薄膜晶體管(TFT)型三大材料類。LCD 經過多年發(fā)展,除低端的 TN 型因成本低、應用范圍廣等特點,在顯示要求較低的終端產品中仍占有一定的市場外,早先的 STN-LCD 技術由于成像質量等多方面因素都劣于 TFT-LCD 技術已被市場淘汰。TFT-LCD 即薄膜晶體管液晶顯示器(ThinFilm Transistor-Liquid Crystal Display),具有體積小、重量輕、低功率、全彩化等優(yōu)點,目前主流的 LCD 面板均采用 TFT-LCD。
② 觸控顯示整合驅動芯片(TDDI)
觸控顯示整合驅動芯片(TDDI)是將觸摸屏控制器集成在 DDIC 中的技術,其顯示原理與 TFT-LCD 顯示驅動芯片相同,目前主要應用于 LCD 屏幕的智能手機。原有的雙芯片解決方案采用分離的系統(tǒng)架構,將顯示驅動芯片與觸控芯片分離,存在出現顯示噪聲的可能,而 TDDI 采用統(tǒng)一的系統(tǒng)架構,實現了觸控芯片與顯示驅動芯片之間更高效的通信、有效降低顯示噪聲,更利于移動電子設備薄型化、窄邊框的設計需求。
③ OLED 顯示驅動芯片(OLED DDIC)
OLED(Organic Light-Emitting Diode)即有機發(fā)光二極管,通常由夾在兩個薄膜導電電極之間的一系列有機薄膜組成。當電流通過的時候,電荷載流子從電極遷移到有機薄膜中,直到它們在形成激子的發(fā)光區(qū)域中重新結合,一旦形成,這些激子或激發(fā)態(tài)通過電發(fā)出光(電能轉化成光能),同時不產生熱量或者產生極低的熱量,降低了能耗。
按驅動技術 OLED 進一步細分為被動式(Passive Matrix,PMOLED,又稱無源驅動 OLED)與主動式(Active Matrix,AMOLED,又稱有源驅動 OLED)。AMOLED由于其更薄、驅動電壓低、像素獨立驅動發(fā)光等優(yōu)點而被廣泛應用,成為 OLED 主流技術。
④ 不同顯示技術下的顯示芯片對比
TFT-LCD 和 AMOLED 顯示面板各有不同的優(yōu)缺點和各自特性,一般不能互相取代,其對顯示驅動芯片的要求也存在一定差異,而 TDDI 在顯示驅動原理上與 TFT-LCD 并無顯著差異。
(3)顯示驅動芯片市場規(guī)模
① 全球顯示驅動芯片市場規(guī)模
顯示驅動芯片是顯示面板產業(yè)鏈重要的一環(huán),受益于整體產業(yè)鏈的持續(xù)發(fā)展,顯示驅動芯片市場近年增速也較為可觀。根據 CINNO Research 統(tǒng)計數據,2021 年全球顯示驅動芯片出貨量約 89.2 億顆,整體市場規(guī)模為 141.7 億美元,預計 2022 年出貨量為 84.7 億顆,整體市場規(guī)模為 110.0 億美元。
未來,隨著電視、智能穿戴、移動終端等下游應用領域的持續(xù)發(fā)展,AMOLED 滲透率持續(xù)提升,帶動顯示驅動芯片單價整體迅速上漲,疊加芯片短缺、芯片價格整體上漲等因素,持續(xù)推動顯示驅動芯片市場規(guī)模逐步擴大。2026 年全球顯示驅動芯片出貨量有望達到約 96.9 億顆,整體市場規(guī)模預計將超過 140 億美元。
從顯示技術的角度,TFT-LCD 顯示驅動市場是目前全球最大的顯示驅動芯片細分市場,2021 年約占顯示驅動市場出貨量的 78%。TFT-LCD 顯示驅動市場在未來也擁有廣闊的發(fā)展前景,存量市場方面,電視、顯示器等大尺寸應用領域對 TFT-LCD 顯示驅動芯片的需求量長期處于高位;增量市場方面,8K 高分辨率電視滲透率不斷提升,顯著拉升單臺電視驅動芯片用量和市場整體需求。
未來,隨著 AMOLED 在中高端智能手機、智能穿戴領域滲透率的提高,AMOLED 顯示驅動芯片將成為顯示驅動市場的主要增長點,而 TDDI 的市場份額將被逐步壓縮。
從顯示驅動方案角度,顯示驅動芯片市場可分為整合型芯片和分離型芯片。其中整合型顯示驅動芯片的增長主要來自市場范圍的擴大以及整合型 AMOLED 顯示驅動芯片占比的上升,而分離型顯示驅動芯片的增長主要來自 TFT-LCD 的車載顯示、筆記本電腦及 4K、8K 超高清電視滲透率的提升。
② 中國內地顯示驅動芯片市場規(guī)模
由于全球顯示面板產業(yè)持續(xù)向中國轉移,中國內地顯示驅動市場增長速度相較于全球增速更高。根據 CINNO Research 數據,2021 年中國內地顯示驅動市場規(guī)模為64.7 億美元,至 2026 年將上漲到 71.7億美元。
從顯示技術的角度,中國內地各細分市場的變化趨勢與全球市場相似。受益于中國內地 TFT-LCD 面板產能的進一步增長,TFT-LCD 顯示驅動市場相比于全球市場有更大的增長潛力。