【導讀】液晶顯示器(LCD)在診斷型醫療中的應用日益頻繁，盡管LCD監視器與陰極射線管監視器相比具有很多優勢，但是(COG)技術是LCD設計的替代方法，在該技術中LCD驅動器直接安裝在顯示玻璃上，可為醫療應用提供成本和設計優勢。
液晶顯示器(LCD)醫療成像技術所取得的進展使其在診斷型醫療圖像查看中的應用日益頻繁。然而，盡管LCD監視器與陰極射線管監視器相比具有很多優勢，但價格依然是醫療專業人員選擇設備時考慮的因素之一。醫療保健整體成本的持續上升使得盡可能降低設備成本的需求越來越迫切。
對于需要LCD顯示器的系統，一種典型的設計思路是將顯示玻璃以及驅動顯示的集成電路直接安裝在印刷電路板(PCB)上。但是，采用這種方法，PCB設計會變得復雜且空間緊張。為了解決這一難題，恩智浦開發出了一種(COG)LCD驅動方式，將集成電路直接安裝在顯示玻璃上，從而降低了系統成本。COG是一種非常可靠和成熟的技術，在汽車行業中經常使用。
醫療成像中LCD顯示器的使用
醫藥行業對于圖像顯示的需求是巨大的，這里僅列舉少數幾個例子：數字X 光、CT、MRI以及超聲波等技術。在微創手術等需要成像為醫生提供指引的領域 中，技術進步同樣會增加更多顯示需求。隨著LCD技術不斷取得進步，醫療領域中 數字成像技術正在取代基于模擬技術的陰極射線管監視器。相比于CRT，LCD監視 器具有許多優勢，其中包括：圖像更清晰銳利、眼部疲勞少、使用壽命更長、空間 效率高、省電效率高、輻射少、重量更輕以及產品整體質量更好。妨礙該技術快速 普及的因素是價格。
隨著對設備便攜性的要求越來越高，降低成本的壓力也隨之增加。便攜式設備可讓醫療資源的使用更高效，甚至能做到居家護理。然而，為使便攜式設備適合家庭使用，它必須有一個合理的價位。因此，制造商必須找到盡可能降低成本的方法。削減成本的一種方法是使用創新的LCD設計技術——“”(COG)。而目前制造商經常通過PCB將帶有LCD驅動器的集成電路與物理顯示相連的方式來實施LCD，COG技術卻是另一種設計思路，它將LCD驅動器直接安裝在顯示玻璃上。這樣所造成的總體影響就是系統成本的降低。
圖1：兩種方案的說明
COG的意義
當前的表面貼裝技術（將密封的LCD驅動器集成電路通過PCB與 物理顯示器相連）是優秀的機械解決方案，但需要更復雜以及空 間更緊張的PCB設計。
不同思路的COG技術（LCD驅動器直接安裝在顯示玻璃上）可降 低PCB上的線路和層數（削減電路板尺寸，降低復雜程度）且無 需集成電路封裝。（兩種方案的說明見圖1。）
采用COG可降低系統成本，但需要IC和LCD模塊生產商之間密切 的產品與設計合作。恩智浦支持COG應用，與全球主要LCD模塊 生產商保持著良好的關系，并得益于超過10年為COG應用設計 LCD驅動器的經驗。
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理解傳統的表面貼裝方式
在表面貼裝方式中，生產商將顯示器與顯示驅動器直接安裝在印 刷電路板上。固定引腳或彈性連接器(ZEBRA)均可連接顯示器與 印刷電路板。采用最高240區段的LCD段驅動器，在復用1:4模式 下，該方案無論在顯示驅動器與PCB之間、或PCB與顯示器之間 均可獲得最高64路連接。（見圖2，采用128區段顯示和36路連接 的實例。）
圖2：采用128區段顯示和36路連接的實例
圖3表示采用彈性連接器(ZEBRA)的SMD LCD結構。 SMD顯示器由LCD單元和一 個夾住LCD單元并將其固定在彈性連接器 (ZEBRA)上的金屬或塑料擋板組成， 該SMD顯示器隨即與PCB上的線路接觸。 ZEBRA連接器由經隔離段改造的細間距導電段組成， 嵌入兩條隔離條之間。 金屬或塑料擋板稍微緊貼ZEBRA， 以確保LCD和PCB之間的接觸穩固。
圖3：以圖形表示采用彈性連接器的SMD LCD
與眾不同的COG概念
COGLCD模塊包括：
• 一塊顯示玻璃，代表活動顯示區域。
• 顯示玻璃周圍的密封圈，保護并密封顯示玻璃。
• 接觸凸緣，為LCD驅動器IC提供空間
LCD驅動器IC自身能產生顯示控制和驅動信號。Flex面板連接器 (FPC)將顯示驅動器IC與系統微控制器相連（見圖4）。
液晶顯示器由兩塊玻璃基板以及夾在它們之間的液晶組成，結構 類似三明治。為了建立COG模塊，組成LCD的兩塊玻璃板中，有一 塊必須擴大面積以便有足夠空間安裝LCD驅動器并提供連接（見 圖4和圖5）。玻璃表面的銦錫氧化物(ITO)電極通過各向異性導電 膜(ACF)連接到安裝在驅動器IC連接焊盤上的鍍金晶圓，以接通顯 示器。
圖4：COG LCD模塊
圖5：以圖形表示的COG LCD模塊
COG方案可增加LCD模塊的設計靈活性，這主要體現在以下幾方面：
• 對于COG，使用開放式顯示驅動器IC（無封裝的顯示驅動器）就 足夠了；唯一的要求是顯示驅動器IC必須有鍍金晶圓以便與LCD 玻璃上的銦錫氧化物線路相接觸。
• LCD驅動器IC可以位于活動顯示區域的任意一側。這種靈活性可 讓LCD驅動器IC位于面積較小的一側，以便最小化所需的接觸凸 緣區域，降低成本。
• COG技術允許幾個LCD驅動器IC在接觸凸緣上級聯，以滿足驅動 更大顯示分辨率的需要。
• COG技術允許在任意最合適的位置將顯示器與PCB相連，甚至 離開微控制器一段距離。
圖6：COG與表面貼裝設備的對比
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COG與SMD方案設計難度的對比
采用SMD方案，顯示器與顯示驅動器直接貼裝在PCB上（見圖6）。采用COG方案，則顯示驅動器貼裝在顯示模塊上，并通過Flex面板連接器(FPC)連接到PCB。
2種系統所需的器件列于表1。雖然COG方案確實需要額外的玻璃表面積，但它可提供未來升級的靈活性并同時降低PCB區域和所需的連接數量。兩種方式設計與難度的不同之處總結于表2。
表1：器件
表2：兩種方式設計與難度的不同之處總結于表
COG方案對比SMD方案所具有的成本優勢
決定COG或SMD顯示方案成本的是4個關鍵元件。它們包括：
• 印刷電路板
• LCD驅動器
• 顯示玻璃
• 用料與組裝
下面將詳細敘述每個元件，表3提供了兩種方案的成本對比。
表3：關鍵元件成本對比匯總
印刷電路板：PCB是主要的成本支出項；PCB越大、越復雜（層數、過孔數），則越昂貴。通過將SMD LCD模塊換成COG LCD模 塊，顯示模塊和顯示驅動器就可以從PCB上移除，節省電路板區 域并降低它的復雜程度。電路板面積減小與復雜度下降有助于 降低整體系統成本。
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LCD驅動器：LCD驅動器也是成本開支的一項主要因素。驅動器成本的很大一部分來源于它的封裝。如果將封閉式LCD驅動器換成開放式LCD驅動器，就以節省一筆可觀的費用（見圖7）。（圖7中未反映出COG LCD模塊所需的額外鍍金晶圓成本支出。）
圖7：以顯示零件總數計算的封裝成本在總顯示驅動器成本中所占的比重
此外，更多的封裝引腳數將導致封裝成本迅速上升（見圖8）。
結論：當單個封裝導致的顯示零件數目增加時，每個顯示零件的封裝成本便增加（見圖9）
圖8：以引腳數目計算的封裝成本
圖9：以顯示零件總數計算的每個顯示零件的封裝成本
顯示玻璃：顯示玻璃是另一個對LCD模塊成本有主要影響的項目，LCD驅動器IC。該額外面積在很大程度上取決于驅動器IC的物理尺直接與顯示面積成正比。COG方案需要額外的玻璃面積以容納LCD驅動器IC。該額外面積在很大程度上取決于驅動器IC的物理尺寸以及LCD單元的長寬尺寸。理想的驅動器IC設計是長度最大，寬度最小。這種長而窄的驅動器IC所占的額外玻璃面積較小。恩智浦設計的大部分COG LCD驅動器IC都以此為標準——長而窄以降低玻璃成本（見圖10）。
圖10：所需的顯示面積取決于驅動器IC的尺寸
為了更進一步降低成本，顯示驅動器IC應始終放置在活動顯示區 域較小的一側（見圖11）。為使顯示驅動器的位置具有完全的靈活 性，理想的顯示驅動器IC在兩側都有背板輸出。恩智浦設計的所有 最新COG顯示驅動器IC都以此為標準——雙側背板輸出，IC長邊的 每一側都有一塊背板（見圖12）。
圖11：顯示驅動器IC在顯示器上的放置
圖12：恩智浦COG顯示驅動器上的背板位置示例
用料與組裝：談到用料和組裝，COG LCD解決方案比SMD LCD解 決方案更為經濟。在COG方案中，無需將LCD單元和LCD驅動器放 置并焊接到PCB上，避免了這一步的處理成本以及后續的檢測與驗 證的成本。另外，對于SMD方案的用料，需要數目可觀的連接器（電 源、區段、背板）以連接PCB和LCD單元（取決于連接到顯示器的連 接器數目），而在COG方案中，只需要考慮電源和接口引腳。
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成本對比案例
為了說明COG方案與SMD方案的成本，本章節提供基于160段 扭曲向列(TN)、尺寸為40 mm x 24 mm的LCD成本計算案例。在 COG方案中，假設顯示器由PCF8576DU驅動（40 x 4 LCD段驅動 器）；在SMD方案中，假設由PCF85176驅動（工業應用40 x 4 LCD 段驅動器，采用TSSOP56封裝）。SMD方案中，顯示器為原始尺寸 (40 mm x 24 mm)。COG方案中，顯示區域略為龐大(40 mm x 26 mm)，因為驅動器必須置于玻璃上，需要2 mm額外寬度。本例中 以FR4類型的PCB為基礎。SMD方案中的面積假設為80 mm x 40 mm；COG方案中為64 mm x 40 mm。
為便于比較，兩種模塊（SMD和COG）均采用Flex面板連接器(FPC), 如圖13所示。
圖13：LCD模塊的成本對比
為了比較成本，我們將關注如下因素：(1)LCD玻璃，(2)LCD驅動器IC，(3)PCB面積，(4)用料、組裝和測試（見表4）。
表4：成本參數
表5提供了SMD方案與COG方案的成本和各項所占的比重結構。它列出了成本結構以及表4中所列的不同器件所占的百分比。
表5：成本與各項所占比重結構
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驅動器和驅動器類型
圖14表示每個部件的一對一成本支出。它揭示了最大的一筆成本節約是顯示驅動器IC，因為在COG方案中，它無需封裝。但另一方面COG方案需要更大的顯示玻璃面積。這反映在COG這邊的平衡支 出增加。如圖7所示，封裝支出占驅動器成本的47%到62%，具體取決于顯示器件數目。
圖14：標準化COG和SMD成本支出結構圖
圖15：COG與SMD成本對比
結論
(COG)技術是LCD設計的替代方法，在該技術中LCD驅動器直接安裝在顯示玻璃上，可為醫療應用提供成本和設計優勢。相比表面貼裝設備(SMD)等傳統方案，COG的優勢包括：從PCB移除LCD驅動器的能力，可降低PCB的復雜度、提高穩定性、讓應用的設計與重新設計更靈活，并且降低系統成本。COG是一種非常可靠和成熟的技術，在汽車行業中經常使用。恩智浦在為COG應用設計LCD驅動器方面擁有超過10年的經驗，提供不斷豐富的COG顯示驅動器IC產品線。
表6：COG相比SMD的優勢匯總
