LCD控制IC技术趋势与市场分析

研究报告LCD控制IC技术趋势与市场分析2002-10-14LCD控制IC随着LCDMonitor市场的扩张，其需求亦随之增加，根据工研院经资中心的统计，2001年LCD控制IC的需求量约为1504万颗，较去年成长了136.9%，至于在金额方面，2001年市场规模约为1.38亿美金，成长率为78%。而在台湾外各IC设计公司相继跨入LCDMonitor控制芯片领域，使得市场竞争激烈，在近半年的时间，价格滑落相当迅速。至于在技术方面，随着半导体制程技术的进步，IC芯片功能不断整合，系统单芯片（SOC）已是目前的趋势。而被视为新一代显示器主流技术的液晶（LCD）显示技术，从2000年底以来，也被提出新的整合概念，促成LCD显示器走向高精简、低成本的生产模式。由于一些国际大厂因投入该领域的时间较早，因此在LCDMonitor控制IC市场已有不错的占有率，且许多厂商纷纷朝向整合型的控制芯片发展，并积极开发视讯应用的控制芯片，台湾几家厂商也在此一市场趋势下推出整合单芯片的产品，因此在2002年产业中厂商的竞争可说是趋于白热化。本文将先针对LCD控制IC原理作一简单的介绍，接着对于目前此一产业整合的趋势，包括整合的过程、整合的优点等作一较深入的剖析，让读者了解为何目前厂商皆纷纷地投入整合式单芯片的研发；至于整体产业的市场，包括产业的供需状况，产业的产值，以及产业中究竟有那些厂商投入，它们近年来的市场占有率为何，以及LCD控制IC的类型等都将有分析介绍。除此以外，目前许多人士都在谈论SOC的趋势发展，至于LCD控制IC的SOC（LCD整合式单芯片）的市场又是如何呢？在此也将一并分析说明，最后则对LCD控制IC未来的趋势作一结论。一、LCD控制IC原理介绍一个LCD显示器内部结构概分为两个部分，其一为「LCD控制电路接口」，在此电路板上的电子组件就是一般所谓的「LCD控制IC」，它是扮演沟通PC主机端与LCD模块的角色，另一部份则为「LCD模块部分」，包含了「面板」、「背光板」、以及「驱动IC」等。以生产制造的角色而言，前者属于显示器厂商（或称系统厂商）的范畴，而后者则是由面板厂商加以制造。至于在功能方面，前端部分的接口电路模块之主要功能在于将PC主机或是影音装置(如DVDPlayer)输出之讯号作一转换，例如由PC显示卡输出的模拟讯号，经由ADC组件（AnalogDigitalConvert）的转换，成为数字讯号，而影音讯号则经由VideoDecorder的转换，亦成为相同的数字讯号，这些讯号经由ScalerIC作放大或缩小的动作，并进行数字研究报告的影像处理，再经由cable线传输LVDS的讯号至液晶模块之一方，最后藉由时脉控制器(TimingController，TCON)将时脉讯号传输至面板上的驱动IC。接口电路模块尚包括在数字模拟转换中负责讯号取样的锁相回路PLL（PhaseLockLoop），以及负责调整屏幕显示亮度、对比、垂直水平位置的OSD（OnScreenDisplay）、MCU（MicroControlUnit）与内存（包含SDRAM、EEPROM、ROM）等。至于为什么讯号需要ScalerIC进行缩放处理呢？这是由于一个面板的画素位置与分辨率在制造完成后就已经固定，但是影音装置输出的分辨率却是多元的，一但面板必须接收不同分辨率的影音讯号就要经过缩放处理才能适合一个屏幕的大小。另外在LCD模块部分，TCON负责决定画素显现的顺序与时机，并将讯号传输给面板上的驱动IC，其中纵向的驱动IC(SourceDriverIC)负责控制资料的写入，由横向的驱动IC(GateDriverIC)控制晶体管的开/关，并配合其它原件的动作，吾人即可在显示器上看到影像，如(图一)所示，其中虚线部份代表已有厂商将其组件整合成一颗芯片。图一LCD控制IC系统方块图资料来源:各厂商；工研院经资中心(2002/03)二、控制IC组件整合之现况与趋势在IC芯片功能不断整合的同时，LCD控制IC设计业者亦朝向系统单芯片（SystemOnaChip；SOC）领域前进。在过去，LCD控制IC的相关组件，如ADC、DVI（DigitalVisualInterface）、MCU、Scaler与TCON等系属于控制电路板上的独立组件，并且由IC厂商出货至显示器厂商，再由显示器厂商将其组合于控制电路板上，这种方式的缺点需使用较多连接器，耗费较高的材料成本与人工成本，但较为符合顾客化设计的特色。相对地，在SOC的趋势下，目前多数IC设计业者，如Genesis、Sage等已将许多相关组件整合纷纷至一颗芯片上，其整合的优点、过程以及设计上应考量的一些问题，将在以下作一说明：研究报告1.整合的演进过程在纯模拟接口下，设计者首先将ADC、Scaler、PLL与OSD作整合，如(图二)。但随着数字接口的兴起，一些业者开始将数字接口，如DVI，整合至芯片内，若再加上整合ADC的功能即形成所谓的双模式LCD控制芯片。至于讯号方面则采TMDS传输，这型控制IC可说是模拟走向数字的过渡产品，在未来纯数字接口将会渐渐取代现在的模拟及双模接口。目前在SmartPanel与SmartIntegration的趋势，设计业者已将TCON作程序化的设计，并整合至LCD控制芯片内。接着提到内存的整合，基本上要将LogicIＣ和SDRAM这两种不同制程的组件加以整合是很大的挑战，因为就逻辑组件本身来说，其前段制程较为简单，只需要一层复晶硅，后段制程较复杂，需要较多金属层；而SDRAM在前段制程较复杂，有许多层复晶硅，但后段制程较简单，因此现阶段要把LogicIＣ和SDRAM一同整合在一颗IC不仅在技术上很难达到，而且其成本亦较高；目前LCDMonitor控制IC多半用external(外加)的方式。图二LCD控制IC整合过程资料来源：钰创电子(2001/07)；工研院经资中心(2002/02)2.整合的优点研究报告组件的整合缩小了IC的体积，且有低功率消耗、降低封装的成本、节省电路板的数量及体积等优点，并使材料成本及LCD后段（下游）组装成本得以降低，而系统产品(LCDMonitor)也可符合「轻薄短小」的趋势。这在一路打价格战的LCD产业，能将下游系统的成本降低，无异是目前此产业中重要的趋势，整合式的单芯片将使得系统厂商在LCD制程上可以简化相关流程，并减少材料成本；根据DisplaySearch的估计，系统单芯片将可以降低约10%~15%的LCDMonitor的整体成本。3.整合单芯片的解决方式:随着电路的微缩，个别组件的集积度增加，一些整合之前没有造成太大影响的问题在此便逐渐显现出其严重性，特别是噪声的问题，这主要是出现在Scaler与ADC两组件之间，但现在可以透过滤波器加以解决。在一些纯数字组件的整合方面，可达到体积小，成本低的优点，但在显示器控制的设计上及制程上，ScalerIC系属数字电路(CMOS)，而ADC则属混合电路，因此将ScalerIC与ADC整合至一颗芯片上，难度较高，它较纯数字组件的整合所花的验证时间长、成本高且良率低。目前Genesis在整合式芯片的技术与市场皆为领先者，其宣称在双模式控制芯片已经可以达到0.25um以下的制程。另外，设计业者必须考虑到整合至芯片组的个别组件是否都能符合顾客对于整体功能之需求，因为整合的方式使得在设计上的弹性小，因此设计者需针对应用市场作出不同的设计，例如适用于信息用(一般应用软件)通常只需要XGA及分辨率即可，而此类型的LCDMonitor亦为目前市场大宗，因此可采用整合型的芯片并批量生产，应较符合成本效益；至于要求更高分辨率(如SXGA、UXGA)，在技术及顾客需求的考量下，目前厂商多以分离型(ScalerIC与ADC、DVI等分离、内存外加)的方式作设计。三、市场概况分析本章将针对LCD控制IC的市场供需状况、产值以及LCD控制IC各型接口作一分析比较。1.市场供需状况(图三)揭示了LCD控制IC市场的供需状况，以及厂商出货量的成长率。在市场需求方面，1998年需求量为130万颗，但随着LCDMonitor价格快速下滑，LCD控制IC的需求亦呈现快速地成长，预估至2003年将达到3602.3万颗，其复合成长率高达1.94。至于在供给方面，LCD控制IC前七大厂商(占96%)在2000年全年总出货量为808.4万颗，至2001年则为1,949万颗，年成长率为141%，其中第四季在市场强力需求下，单季出货量高达747.6万颗，较去年同期成长180%，达到前所未有的高点，展望今年LCD控制IC将可望达到2800万颗~2900万颗。研究报告2001年厂商在各季的供给方面，第一季的出货总量达274.8万颗，较前一季成长3%，相较过去全年四季的成长率而言显得相形见绌，其原因在于2000年第四季显示器厂商高估了市场需求，因此显示器厂商纷纷在2001年第一季调降其订购量，造成其成长率偏低，另外由于预期心理及出货顺序等的因素，控制IC会较面板厂商产量多，而成为安全库存。至于每年的第三季为传统电子业的旺季，2001年LCD显示器业者自第三季以来，每月出货量屡创新高，至年关仍无退烧迹象，第四季表现依然亮眼，而2001年下半年厂商的强势表现使得总出货量较上半年多出了一倍以上，且下半年厂商的出货量亦较去年同期成长了150%以上，不过目前LCD面板价格正酝酿下一波的调涨，对于组件造成一定程度的的降价压力。比较各季的供需情形可发现，厂商的供给量会较需求量多出约10%~15%，最主要的原因在于显示器厂商通常会有安全的库存，以备需求量增加时能顺利出货；再者，显示器的IC供货商之出货时间亦较显示器厂商出产产品的时间提前约1~1.5个月，因此造成供给大于需求的现象。图三LCD控制IC近五季的市场供需资料来源：Displaysearch；工研院经资中心(2002/03)注:*1.出货量系指IC供货商的实际出货量。2.Q/Q代表IC供货商该季相较于前一季的出货成长率，Y/Y代表IC供货商相较于去年同期的出货成长率。3.Q1'02为预估值。研究报告2.2002年LCD控制IC的产值约3.02亿美金2001年LCD控制IC的市场值在2001年约1.95亿美元，预估2002年LCD控制IC产值约为3.02亿美元，事实上，未来较具潜力市场为其它视讯产品，包括其它数字平面显示器、数字投影机等，市场值至少倍数于现有状态。若仔细观察各季的的市场值，我们发现第三季随着出货量的激增，使得产值达到$54.6百万美金(图四)，较第二季成长37.2%，至第四季时，在价格下滑幅度稍微趋缓之下，第四季之季成长率较第三季为低，但亦有24.2%，达到$67.8百万美金，虽说历年首季为传统淡季，但在需求的拉力下，预估2002年第一季仍会较去年第四季有小幅的成长。图四LCD控制IC近五季产值及其成长率资料来源：DisplaySearch(2002//02)，工研院经资中心(2002/02)3.主要厂商市场占有率变化迅速在LCD控制IC的主要厂商方面，国外厂商有Genesis、Sage、PixelWorks以及SiliconImage等厂商，而台湾则有创品、晶磊、旺宏、凌越与晶捷等，其中加拿大厂商Genesis近年来一直是领导厂商，在技术以及成本优势方面明显较其它厂商来的好，而去年该公司更购并了另一家厂商Sage，使得公司如虎添翼，在产品线的扩产以及研发人力方面可望发挥纵效的作用，而台湾几家厂商也是力争上游，在价格方面极具竞争力，近年来表现也不错。事实上，LCD整体市场的变化很快，若不能实时掌握市场的脉动，成本及价格不具竞争力时，很快就会被取而代之。因此我们观察近三年这些LCD控制IC厂商的排名可以发现变化颇大，在2000年时Genesis排名第一，Sage与旺宏则分居二、三名，至于1999到2000年间，Pixelworks与Sage成长快速，旺宏亦呈现上扬局面，而Genesis则是小幅下滑，但到了2001年产生了戏剧性的变化，Genesis仍是稳居第一，且拉开与对手的差距，而旺宏电子依旧着眼在分