用于液晶显示屏的经济可靠技术

1. COG (Chip On Glass)的价值定位

如今，很多液晶显示器都通过连接一个带封装的液晶驱动器IC实现显示功能，其通过印刷电路板(PCB)进行物理显示(见图1a)。这个概念(后文称为“表面贴装器件”或SMD概念)提供了一个坚固的机械解决方案，但要求更复杂及更区域聚集的PCB设计。

COG (Chip On Glass)技术是另一种设计方法，其液晶驱动器直接安装于显示屏上(见图1b)。这个概念(后文称为COG概念)减少了PCB上的走线和层数，削减了电路板的尺寸和复杂性，并减少了SMD概念中使用的IC封装。整体效果是降低了系统成本。

与SMD概念相反，COG要求IC和液晶模块制造商之间有严格的生产和设计协调。NXP有实力支持COG应用，因其与世界各地的主要液晶模块制造商关系紧密，且在为COG应用设计液晶驱动器方面已有超过10年的经验。

2. 表面贴装器件概念

对于SMD液晶屏来说，显示器和显示器驱动都直接安装在PCB上。显示器和PCB之间的连接通过固定引脚或弹性连接器(ZEBRA)实现。以4*60 液晶区段驱动器为例,在复用1:4模式下具有最高240个区段，结果是显示驱动器和PCB以及PCB和显示器之间具有最高64个连接。(128区段显示和36连接的示例，见图2)。

SMD显示屏包括液晶单元，一个金属或塑料边框，后者将液晶单元压到弹性连接器(ZEBRA)上，然后与PCB上的走线连接。ZEBRA连接器由交替的细间距导电段和隔离段组成，嵌于两个隔离带之间。金属或者塑料边框都施加一种压力，轻微挤压ZEBRA以保证液晶屏与PCB严密接触。

3. COG (Chip On Glass)液晶屏概念

COG模块的组成为：

显示屏，代表有效显示区域。

显示屏周围的密封环，保护并密封显示屏。

连接平台，为液晶驱动器IC提供空间。

液晶驱动器IC自身产生显示器控制和驱动信号。弹性面板连接器(FPC)将显示驱动器IC连接到微控制器(见图4)。

在COG模块中，组成液晶屏的两块玻璃板之一向外延伸，提供安装和连接液晶驱动器的空间(见图4和图5)。通过铟锡氧化物(ITO)电极与显示屏连接，前者装配于玻璃板表面并通过异方性导电膜(ACF)连接到安装于驱动器IC的连接垫上的金接点。

COG技术在液晶模块设计方面的限制很少：

对于COG，非封装显示驱动器IC(没有封装的显示驱动器)已足够;只要求显示驱动器IC具有可以接触到液晶屏上的ITO走线的金接点。

LCD驱动器IC的放置可以在有效显示区域的任何一侧。这允许将液晶驱动器IC放置在较小的一侧以使接触平台最小化，降低费用。

COG技术允许几个液晶驱动器IC直接串接在接触平台上，以便能够驱动更大的显示屏分辨率。

COG技术允许将显示屏连接到PCB的最恰当位置，即使与微控制器有些距离也可以。

4. 表面贴装器件与COG (Chip On Glass)的比较

4.1 元件和设计工作

下面将对SMD和COG显示系统进行比较(见图6)。在SMD概念中，显示器和显示器驱动都直接安装在PCB上。在COG概念中，显示驱动器安装在显示器模块上且通过弹性面板连接器(FPC)连接到PCB。

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4.2 成本方面问题

成本方面，需要重视以下问题(见表3)：

从表3可以确定四个关键参数 ，它们决定了SMD或COG显示系统的成本：

1. PCB，

2. 液晶驱动器，

3. 显示屏，

4. 材料和装配。

1. PCB：

PCB是主要的成本因素;PCB越大越复杂(层数、过孔数)，成本越高。通过将SMD液晶模块换为COG液晶模块，PCB可以去掉显示模块和显示驱动器，节省了电路板空间并降低了电路板复杂性。这将有助于降低整个系统成本。

2. 液晶驱动器：

液晶驱动器也是一项主要成本，驱动器的大部分成本源于封装。将封装液晶驱动器换为未封装液晶驱动器可以节省大量成本(见图7)。但是图7没有反映出COG液晶模块所需的金接点的额外成本：

3. 显示屏：

显示屏是液晶模块成本的下一主要项目，它的成本直接与显示区域大小成比例。在COG案例中，要求额外的显示屏区域来容纳液晶驱动器IC。此附加区域的尺寸主要取决于：(1)驱动器IC的物理尺寸和(2)液晶元件的X-Y尺寸。理想情况是，驱动器IC设计的越长越好，这样其宽度可以最小。驱动器IC越窄，额外要求的显示屏区域就越窄。大部分NXP COG液晶驱动器IC设计时都谨记这一目标——长而窄，以降低显示屏成本(见图10)。

为了进一步降低成本，显示驱动器IC应尽量放置在有效显示区域的较小一侧(见图11)：

为了灵活地进行此操作，显示驱动器IC应尽量在其两侧都配有背板输出。所有最新NXP COG显示驱动器IC设计时都谨记这一目标——两套背板输出，IC的每个长边都有一套(见图12)。

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材料和装配：

在材料和装配方面，COG液晶显示器方案比SMD液晶显示器方案在成本上更具优势。在COG案例中，没有必要放置和焊接液晶元件和液晶驱动器到PCB上，避免了该工艺步骤的成本以及检查和验证的成本。同样对于材料而言，根据显示器连接的数量，在SMD案例中，要求PCB和液晶元件之间有相当大数量的连接器(电源、段码、背板)，而在COG案例中只要求必须连接电源和接口引脚。

4.3 案例研究：SMD和COG成本/结构对比

下面，将根据尺寸为40 mm 24 mm的160区段TN LCD计算模型，对SMD和COG的成本结构进行进一步分析和比较。COG案例中，假设显示器由PCF8576DU驱动(40 4液晶区段驱动器)，SMD案例中由PCF85176驱动(工业用40 4区段驱动器，装于TSSOP56中)。在SMD案例中，显示器为其原始尺寸(40 mm 24 mm)。在COG案例中，显示器稍微大一些(40 mm 26 mm)，因为驱动器必须放置在显示屏上，这要求2 mm额外宽度。在此示例中，PCB类型FR4作为基准。SMD案例中的显示区域假设为80 mm 40 mm;COG案例中的显示区域为64 mm 40 mm。

为了进行等同比较，两个模块(SMD和COG)都使用弹性面板连接器(FPC)，如图13所示。

在表5中，将比较SMD和COG的成本和份额结构。它给出了不同元件的成本结构和份额百分比，如表4所列。

图14逐一比较了每种费用的成本。它显示，驱动器IC可实现的最大成本节约，因为在COG概念中没有封装。但另一方面，COG概念要求增加显示屏区域。这反映了平衡的COG侧的成本增加。如图7所示，封装成本占驱动器成本的47 %到62 %之间，这取决于显示元件的数量。

在此示例中，获益于COG，总成本节约量达到了18 %(见图15)。当然，实际成本节约取决于很多参数，包括各零件供应商的利润，但在此模型中没有纳入此点;改变这些参数也将改变节约的成本。

5. 总结与结论

COG (Chip On Glass)技术是另一种设计方法，其液晶驱动器直接安装于显示屏上。COG与常规方法如表面贴装器件(SMD)相比有显著优势。从PCB上去掉液晶驱动器降低了PCB的复杂性，增强了应用设计和重新设计的可靠性并加强了其灵活性，从而降低了系统成本。COG是一种非常可靠而且完善的技术，常用于汽车工业。