液晶显示器(LCD)医疗成像技术所取得的进展使其在诊断型医疗图像查看中的应用日益频繁。然而，尽管LCD监视器与阴极射线管监视器相比具有很多优势，但价格依然是医疗专业人员选择设备时考虑的因素之一。医疗保健整体成本的持续上升使得尽可能降低设备成本的需求越来越迫切。

对于需要LCD显示器的系统，一种典型的设计思路是将显示玻璃以及驱动显示的集成电路直接安装在印刷电路板(PCB)上。但是，采用这种方法，PCB设计会变得复杂且空间紧张。为了解决这一难题，恩智浦开发出了一种(COG)LCD驱动方式，将集成电路直接安装在显示玻璃上，从而降低了系统成本。COG是一种非常可靠和成熟的技术，在汽车行业中经常使用。

医疗成像中LCD显示器的使用

医药行业对于图像显示的需求是巨大的，这里仅列举少数几个例子：数字X 光、CT、MRI以及超声波等技术。在微创手术等需要成像为医生提供指引的领域 中，技术进步同样会增加更多显示需求。随着LCD技术不断取得进步，医疗领域中 数字成像技术正在取代基于模拟技术的阴极射线管监视器。相比于CRT，LCD监视 器具有许多优势，其中包括：图像更清晰锐利、眼部疲劳少、使用寿命更长、空间 效率高、省电效率高、辐射少、重量更轻以及产品整体质量更好。妨碍该技术快速 普及的因素是价格。

随着对设备便携性的要求越来越高，降低成本的压力也随之增加。便携式设备可让医疗资源的使用更高效，甚至能做到居家护理。然而，为使便携式设备适合家庭使用，它必须有一个合理的价位。因此，制造商必须找到尽可能降低成本的方法。削减成本的一种方法是使用创新的LCD设计技术——“”(COG)。而目前制造商经常通过PCB将带有LCD驱动器的集成电路与物理显示相连的方式来实施LCD，COG技术却是另一种设计思路，它将LCD驱动器直接安装在显示玻璃上。这样所造成的总体影响就是系统成本的降低。

图1：两种方案的说明

COG的意义

当前的表面贴装技术（将密封的LCD驱动器集成电路通过PCB与 物理显示器相连）是优秀的机械解决方案，但需要更复杂以及空 间更紧张的PCB设计。

不同思路的COG技术（LCD驱动器直接安装在显示玻璃上）可降 低PCB上的线路和层数（削减电路板尺寸，降低复杂程度）且无 需集成电路封装。（两种方案的说明见图1。）

采用COG可降低系统成本，但需要IC和LCD模块生产商之间密切 的产品与设计合作。恩智浦支持COG应用，与全球主要LCD模块 生产商保持着良好的关系，并得益于超过10年为COG应用设计 LCD驱动器的经验。

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理解传统的表面贴装方式

在表面贴装方式中，生产商将显示器与显示驱动器直接安装在印 刷电路板上。固定引脚或弹性连接器(ZEBRA)均可连接显示器与 印刷电路板。采用最高240区段的LCD段驱动器，在复用1:4模式 下，该方案无论在显示驱动器与PCB之间、或PCB与显示器之间 均可获得最高64路连接。（见图2，采用128区段显示和36路连接 的实例。）

图2：采用128区段显示和36路连接的实例

图3表示采用弹性连接器(ZEBRA)的SMD LCD结构。 SMD显示器由LCD单元和一 个夹住LCD单元并将其固定在弹性连接器 (ZEBRA)上的金属或塑料挡板组成， 该SMD显示器随即与PCB上的线路接触。 ZEBRA连接器由经隔离段改造的细间距导电段组成， 嵌入两条隔离条之间。 金属或塑料挡板稍微紧贴ZEBRA， 以确保LCD和PCB之间的接触稳固。

图3：以图形表示采用弹性连接器的SMD LCD

与众不同的COG概念

COGLCD模块包括：

• 一块显示玻璃，代表活动显示区域。

• 显示玻璃周围的密封圈，保护并密封显示玻璃。

• 接触凸缘，为LCD驱动器IC提供空间

LCD驱动器IC自身能产生显示控制和驱动信号。Flex面板连接器 (FPC)将显示驱动器IC与系统微控制器相连（见图4）。

液晶显示器由两块玻璃基板以及夹在它们之间的液晶组成，结构 类似三明治。为了建立COG模块，组成LCD的两块玻璃板中，有一 块必须扩大面积以便有足够空间安装LCD驱动器并提供连接（见 图4和图5）。玻璃表面的铟锡氧化物(ITO)电极通过各向异性导电 膜(ACF)连接到安装在驱动器IC连接焊盘上的镀金晶圆，以接通显 示器。

图4：COG LCD模块

图5：以图形表示的COG LCD模块

COG方案可增加LCD模块的设计灵活性，这主要体现在以下几方面：

• 对于COG，使用开放式显示驱动器IC（无封装的显示驱动器）就 足够了；唯一的要求是显示驱动器IC必须有镀金晶圆以便与LCD 玻璃上的铟锡氧化物线路相接触。

• LCD驱动器IC可以位于活动显示区域的任意一侧。这种灵活性可 让LCD驱动器IC位于面积较小的一侧，以便最小化所需的接触凸 缘区域，降低成本。

• COG技术允许几个LCD驱动器IC在接触凸缘上级联，以满足驱动 更大显示分辨率的需要。

• COG技术允许在任意最合适的位置将显示器与PCB相连，甚至 离开微控制器一段距离。

图6：COG与表面贴装设备的对比

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COG与SMD方案设计难度的对比

采用SMD方案，显示器与显示驱动器直接贴装在PCB上（见图6）。采用COG方案，则显示驱动器贴装在显示模块上，并通过Flex面板连接器(FPC)连接到PCB。

2种系统所需的器件列于表1。虽然COG方案确实需要额外的玻璃表面积，但它可提供未来升级的灵活性并同时降低PCB区域和所需的连接数量。两种方式设计与难度的不同之处总结于表2。

表1：器件

表2：两种方式设计与难度的不同之处总结于表

COG方案对比SMD方案所具有的成本优势

决定COG或SMD显示方案成本的是4个关键元件。它们包括：

• 印刷电路板

• LCD驱动器

• 显示玻璃

• 用料与组装

下面将详细叙述每个元件，表3提供了两种方案的成本对比。

表3：关键元件成本对比汇总

印刷电路板：PCB是主要的成本支出项；PCB越大、越复杂（层数、过孔数），则越昂贵。通过将SMD LCD模块换成COG LCD模 块，显示模块和显示驱动器就可以从PCB上移除，节省电路板区 域并降低它的复杂程度。电路板面积减小与复杂度下降有助于 降低整体系统成本。

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LCD驱动器：LCD驱动器也是成本开支的一项主要因素。驱动器成本的很大一部分来源于它的封装。如果将封闭式LCD驱动器换成开放式LCD驱动器，就以节省一笔可观的费用（见图7）。（图7中未反映出COG LCD模块所需的额外镀金晶圆成本支出。）

图7：以显示零件总数计算的封装成本在总显示驱动器成本中所占的比重

此外，更多的封装引脚数将导致封装成本迅速上升（见图8）。

结论：当单个封装导致的显示零件数目增加时，每个显示零件的封装成本便增加（见图9）

图8：以引脚数目计算的封装成本

图9：以显示零件总数计算的每个显示零件的封装成本

显示玻璃：显示玻璃是另一个对LCD模块成本有主要影响的项目，LCD驱动器IC。该额外面积在很大程度上取决于驱动器IC的物理尺直接与显示面积成正比。COG方案需要额外的玻璃面积以容纳LCD驱动器IC。该额外面积在很大程度上取决于驱动器IC的物理尺寸以及LCD单元的长宽尺寸。理想的驱动器IC设计是长度最大，宽度最小。这种长而窄的驱动器IC所占的额外玻璃面积较小。恩智浦设计的大部分COG LCD驱动器IC都以此为标准——长而窄以降低玻璃成本（见图10）。

图10：所需的显示面积取决于驱动器IC的尺寸

为了更进一步降低成本，显示驱动器IC应始终放置在活动显示区 域较小的一侧（见图11）。为使显示驱动器的位置具有完全的灵活 性，理想的显示驱动器IC在两侧都有背板输出。恩智浦设计的所有 最新COG显示驱动器IC都以此为标准——双侧背板输出，IC长边的 每一侧都有一块背板（见图12）。

图11：显示驱动器IC在显示器上的放置

图12：恩智浦COG显示驱动器上的背板位置示例

用料与组装：谈到用料和组装，COG LCD解决方案比SMD LCD解 决方案更为经济。在COG方案中，无需将LCD单元和LCD驱动器放 置并焊接到PCB上，避免了这一步的处理成本以及后续的检测与验 证的成本。另外，对于SMD方案的用料，需要数目可观的连接器（电 源、区段、背板）以连接PCB和LCD单元（取决于连接到显示器的连 接器数目），而在COG方案中，只需要考虑电源和接口引脚。

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成本对比案例

为了说明COG方案与SMD方案的成本，本章节提供基于160段 扭曲向列(TN)、尺寸为40 mm x 24 mm的LCD成本计算案例。在 COG方案中，假设显示器由PCF8576DU驱动（40 x 4 LCD段驱动 器）；在SMD方案中，假设由PCF85176驱动（工业应用40 x 4 LCD 段驱动器，采用TSSOP56封装）。SMD方案中，显示器为原始尺寸 (40 mm x 24 mm)。COG方案中，显示区域略为庞大(40 mm x 26 mm)，因为驱动器必须置于玻璃上，需要2 mm额外宽度。本例中 以FR4类型的PCB为基础。SMD方案中的面积假设为80 mm x 40 mm；COG方案中为64 mm x 40 mm。

为便于比较，两种模块（SMD和COG）均采用Flex面板连接器(FPC), 如图13所示。

图13：LCD模块的成本对比

为了比较成本，我们将关注如下因素：(1)LCD玻璃，(2)LCD驱动器IC，(3)PCB面积，(4)用料、组装和测试（见表4）。

表4：成本参数

表5提供了SMD方案与COG方案的成本和各项所占的比重结构。它列出了成本结构以及表4中所列的不同器件所占的百分比。

表5：成本与各项所占比重结构

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驱动器和驱动器类型

图14表示每个部件的一对一成本支出。它揭示了最大的一笔成本节约是显示驱动器IC，因为在COG方案中，它无需封装。但另一方面COG方案需要更大的显示玻璃面积。这反映在COG这边的平衡支 出增加。如图7所示，封装支出占驱动器成本的47%到62%，具体取决于显示器件数目。

图14：标准化COG和SMD成本支出结构图

图15：COG与SMD成本对比

结论

(COG)技术是LCD设计的替代方法，在该技术中LCD驱动器直接安装在显示玻璃上，可为医疗应用提供成本和设计优势。相比表面贴装设备(SMD)等传统方案，COG的优势包括：从PCB移除LCD驱动器的能力，可降低PCB的复杂度、提高稳定性、让应用的设计与重新设计更灵活，并且降低系统成本。COG是一种非常可靠和成熟的技术，在汽车行业中经常使用。恩智浦在为COG应用设计LCD驱动器方面拥有超过10年的经验，提供不断丰富的COG显示驱动器IC产品线。

表6：COG相比SMD的优势汇总