你的位置:首頁 > 測試測量 > 正文

COG取代LCD,可減少醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計成本

發(fā)布時間:2012-10-31 責任編輯:Lynnjiao

【導(dǎo)讀】液晶顯示器(LCD)在診斷型醫(yī)療中的應(yīng)用日益頻繁,盡管LCD監(jiān)視器與陰極射線管監(jiān)視器相比具有很多優(yōu)勢,但是(COG)技術(shù)是LCD設(shè)計的替代方法,在該技術(shù)中LCD驅(qū)動器直接安裝在顯示玻璃上,可為醫(yī)療應(yīng)用提供成本和設(shè)計優(yōu)勢。

液晶顯示器(LCD)醫(yī)療成像技術(shù)所取得的進展使其在診斷型醫(yī)療圖像查看中的應(yīng)用日益頻繁。然而,盡管LCD監(jiān)視器與陰極射線管監(jiān)視器相比具有很多優(yōu)勢,但價格依然是醫(yī)療專業(yè)人員選擇設(shè)備時考慮的因素之一。醫(yī)療保健整體成本的持續(xù)上升使得盡可能降低設(shè)備成本的需求越來越迫切。

對于需要LCD顯示器的系統(tǒng),一種典型的設(shè)計思路是將顯示玻璃以及驅(qū)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(shè)計會變得復(fù)雜且空間緊張。為了解決這一難題,恩智浦開發(fā)出了一種(COG)LCD驅(qū)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(tǒng)成本。COG是一種非??煽亢统墒斓募夹g(shù),在汽車行業(yè)中經(jīng)常使用。

醫(yī)療成像中LCD顯示器的使用

醫(yī)藥行業(yè)對于圖像顯示的需求是巨大的,這里僅列舉少數(shù)幾個例子:數(shù)字X 光、CT、MRI以及超聲波等技術(shù)。在微創(chuàng)手術(shù)等需要成像為醫(yī)生提供指引的領(lǐng)域 中,技術(shù)進步同樣會增加更多顯示需求。隨著LCD技術(shù)不斷取得進步,醫(yī)療領(lǐng)域中 數(shù)字成像技術(shù)正在取代基于模擬技術(shù)的陰極射線管監(jiān)視器。相比于CRT,LCD監(jiān)視 器具有許多優(yōu)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(chǎn)品整體質(zhì)量更好。妨礙該技術(shù)快速 普及的因素是價格。

隨著對設(shè)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(shè)備可讓醫(yī)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(shè)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(chuàng)新的LCD設(shè)計技術(shù)——“”(COG)。而目前制造商經(jīng)常通過PCB將帶有LCD驅(qū)動器的集成電路與物理顯示相連的方式來實施LCD,COG技術(shù)卻是另一種設(shè)計思路,它將LCD驅(qū)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(tǒng)成本的降低。

兩種方案的說明
圖1:兩種方案的說明

COG的意義

當前的表面貼裝技術(shù)(將密封的LCD驅(qū)動器集成電路通過PCB與 物理顯示器相連)是優(yōu)秀的機械解決方案,但需要更復(fù)雜以及空 間更緊張的PCB設(shè)計。

不同思路的COG技術(shù)(LCD驅(qū)動器直接安裝在顯示玻璃上)可降 低PCB上的線路和層數(shù)(削減電路板尺寸,降低復(fù)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(tǒng)成本,但需要IC和LCD模塊生產(chǎn)商之間密切 的產(chǎn)品與設(shè)計合作。恩智浦支持COG應(yīng)用,與全球主要LCD模塊 生產(chǎn)商保持著良好的關(guān)系,并得益于超過10年為COG應(yīng)用設(shè)計 LCD驅(qū)動器的經(jīng)驗。

[member]
[page]
理解傳統(tǒng)的表面貼裝方式

在表面貼裝方式中,生產(chǎn)商將顯示器與顯示驅(qū)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(qū)段的LCD段驅(qū)動器,在復(fù)用1:4模式 下,該方案無論在顯示驅(qū)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(qū)段顯示和36路連接 的實例。)

采用128區(qū)段顯示和36路連接的實例
圖2:采用128區(qū)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(jié)構(gòu)。 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(jīng)隔離段改造的細間距導(dǎo)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(wěn)固。

以圖形表示采用彈性連接器的SMD LCD
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(qū)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(qū)動器IC提供空間

LCD驅(qū)動器IC自身能產(chǎn)生顯示控制和驅(qū)動信號。Flex面板連接器 (FPC)將顯示驅(qū)動器IC與系統(tǒng)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(jié)構(gòu) 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(qū)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(dǎo)電 膜(ACF)連接到安裝在驅(qū)動器IC連接焊盤上的鍍金晶圓,以接通顯 示器。

COG LCD模塊
圖4:COG LCD模塊

以圖形表示的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(shè)計靈活性,這主要體現(xiàn)在以下幾方面:

• 對于COG,使用開放式顯示驅(qū)動器IC(無封裝的顯示驅(qū)動器)就 足夠了;唯一的要求是顯示驅(qū)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(qū)動器IC可以位于活動顯示區(qū)域的任意一側(cè)。這種靈活性可 讓LCD驅(qū)動器IC位于面積較小的一側(cè),以便最小化所需的接觸凸 緣區(qū)域,降低成本。

• COG技術(shù)允許幾個LCD驅(qū)動器IC在接觸凸緣上級聯(lián),以滿足驅(qū)動 更大顯示分辨率的需要。

• COG技術(shù)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。

COG與表面貼裝設(shè)備的對比
圖6:COG與表面貼裝設(shè)備的對比

[page]
COG與SMD方案設(shè)計難度的對比

采用SMD方案,顯示器與顯示驅(qū)動器直接貼裝在PCB上(見圖6)。采用COG方案,則顯示驅(qū)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(tǒng)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(qū)域和所需的連接數(shù)量。兩種方式設(shè)計與難度的不同之處總結(jié)于表2。

器件
表1:器件

兩種方式設(shè)計與難度的不同之處總結(jié)于表
表2:兩種方式設(shè)計與難度的不同之處總結(jié)于表

COG方案對比SMD方案所具有的成本優(yōu)勢

決定COG或SMD顯示方案成本的是4個關(guān)鍵元件。它們包括:

• 印刷電路板

• LCD驅(qū)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。

關(guān)鍵元件成本對比匯總
表3:關(guān)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(fù)雜(層數(shù)、過孔數(shù)),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(qū)動器就可以從PCB上移除,節(jié)省電路板區(qū) 域并降低它的復(fù)雜程度。電路板面積減小與復(fù)雜度下降有助于 降低整體系統(tǒng)成本。

[page]
LCD驅(qū)動器:LCD驅(qū)動器也是成本開支的一項主要因素。驅(qū)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(qū)動器換成開放式LCD驅(qū)動器,就以節(jié)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。)

以顯示零件總數(shù)計算的封裝成本在總顯示驅(qū)動器成本中所占的比重
圖7:以顯示零件總數(shù)計算的封裝成本在總顯示驅(qū)動器成本中所占的比重

此外,更多的封裝引腳數(shù)將導(dǎo)致封裝成本迅速上升(見圖8)。

結(jié)論:當單個封裝導(dǎo)致的顯示零件數(shù)目增加時,每個顯示零件的封裝成本便增加(見圖9)

以引腳數(shù)目計算的封裝成本
圖8:以引腳數(shù)目計算的封裝成本

以顯示零件總數(shù)計算的每個顯示零件的封裝成本
圖9:以顯示零件總數(shù)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(qū)動器IC。該額外面積在很大程度上取決于驅(qū)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(qū)動器IC。該額外面積在很大程度上取決于驅(qū)動器IC的物理尺寸以及LCD單元的長寬尺寸。理想的驅(qū)動器IC設(shè)計是長度最大,寬度最小。這種長而窄的驅(qū)動器IC所占的額外玻璃面積較小。恩智浦設(shè)計的大部分COG LCD驅(qū)動器IC都以此為標準——長而窄以降低玻璃成本(見圖10)。

所需的顯示面積取決于驅(qū)動器IC的尺寸
圖10:所需的顯示面積取決于驅(qū)動器IC的尺寸

為了更進一步降低成本,顯示驅(qū)動器IC應(yīng)始終放置在活動顯示區(qū) 域較小的一側(cè)(見圖11)。為使顯示驅(qū)動器的位置具有完全的靈活 性,理想的顯示驅(qū)動器IC在兩側(cè)都有背板輸出。恩智浦設(shè)計的所有 最新COG顯示驅(qū)動器IC都以此為標準——雙側(cè)背板輸出,IC長邊的 每一側(cè)都有一塊背板(見圖12)。

顯示驅(qū)動器IC在顯示器上的放置
圖11:顯示驅(qū)動器IC在顯示器上的放置

恩智浦COG顯示驅(qū)動器上的背板位置示例
圖12:恩智浦COG顯示驅(qū)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(jīng)濟。在COG方案中,無需將LCD單元和LCD驅(qū)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(xù)的檢測與驗 證的成本。另外,對于SMD方案的用料,需要數(shù)目可觀的連接器(電 源、區(qū)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(shù)目),而在COG方案中,只需要考慮電源和接口引腳。

[page]
成本對比案例

為了說明COG方案與SMD方案的成本,本章節(jié)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(shè)顯示器由PCF8576DU驅(qū)動(40 x 4 LCD段驅(qū)動 器);在SMD方案中,假設(shè)由PCF85176驅(qū)動(工業(yè)應(yīng)用40 x 4 LCD 段驅(qū)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(qū)域略為龐大(40 mm x 26 mm),因為驅(qū)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(chǔ)。SMD方案中的面積假設(shè)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。

LCD模塊的成本對比
圖13:LCD模塊的成本對比

為了比較成本,我們將關(guān)注如下因素:(1)LCD玻璃,(2)LCD驅(qū)動器IC,(3)PCB面積,(4)用料、組裝和測試(見表4)。

成本參數(shù)
表4:成本參數(shù)

表5提供了SMD方案與COG方案的成本和各項所占的比重結(jié)構(gòu)。它列出了成本結(jié)構(gòu)以及表4中所列的不同器件所占的百分比。

成本與各項所占比重結(jié)構(gòu)
表5:成本與各項所占比重結(jié)構(gòu)

[page]
驅(qū)動器和驅(qū)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(jié)約是顯示驅(qū)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(qū)動器成本的47%到62%,具體取決于顯示器件數(shù)目。

標準化COG和SMD成本支出結(jié)構(gòu)圖
圖14:標準化COG和SMD成本支出結(jié)構(gòu)圖

COG與SMD成本對比
圖15:COG與SMD成本對比

結(jié)論

(COG)技術(shù)是LCD設(shè)計的替代方法,在該技術(shù)中LCD驅(qū)動器直接安裝在顯示玻璃上,可為醫(yī)療應(yīng)用提供成本和設(shè)計優(yōu)勢。相比表面貼裝設(shè)備(SMD)等傳統(tǒng)方案,COG的優(yōu)勢包括:從PCB移除LCD驅(qū)動器的能力,可降低PCB的復(fù)雜度、提高穩(wěn)定性、讓應(yīng)用的設(shè)計與重新設(shè)計更靈活,并且降低系統(tǒng)成本。COG是一種非??煽亢统墒斓募夹g(shù),在汽車行業(yè)中經(jīng)常使用。恩智浦在為COG應(yīng)用設(shè)計LCD驅(qū)動器方面擁有超過10年的經(jīng)驗,提供不斷豐富的COG顯示驅(qū)動器IC產(chǎn)品線。

COG相比SMD的優(yōu)勢匯總
表6:COG相比SMD的優(yōu)勢匯總

要采購連接器么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉