液晶显示器通过连接带封装的液晶驱动IC实现显示功能,通过PCB布线实现的方式称为表面贴装器件或SMD,而COG是另一种方法。
减少了PCB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。
增强了产品的可靠性
显示驱动器安装在显示器模块上且通过弹性面板连接器连接到PCB
降低了产品的成本
通过PCB、材料、装配、LCD以及驱动等多方面降低成本
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。
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a)。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b)。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。
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。
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。
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。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。
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。
1. PCB,
2. 液晶驱动器,
3. 显示屏,
4. 材料和装配。 四个因素决定了成本。
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)。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。在此示例中,获益于COG,总成本节约量达到了18 %。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。
PCA8538是一款全功能覆晶玻璃(COG)液晶显示器(LCD)驱动器,设计用于复用速率高至1:9的高对比度垂直排列(VA) LCD。它针对包含多达9个背板、102个光段和高达918像素的静态或复用LCD可生成驱动信号。PCA8538集成了内部充电泵,通过其内置电容可在片内产生LCD驱动电压。PCA8538提供LCD电源电压的可编程温度补偿,确保整个温度范围内具有最佳且稳定的对比度。PCA8538可由微控制器通过双线I2C总线或四线式双向SPI总线轻松控制。
特性和优势
符合AEC Q100 2级标准,适合汽车应用
功耗低
极广的工作温度范围:−40 °C至+105 °C
102个光段和9个背板,可驱动:
最多114个7段数字字符
最多57个14段字母数字字符
任何高达918像素的图形
用于存储显示数据的918位RAM
两组背板输出配置实现最佳COG布局
最多有4个芯片可通过级联驱动较大的显示器
背板驱动配置可选:静态、2/4/6/8/9背板复用LCD电源电压
可编程内部充电泵可在片内产生LCD电压,最高可达VDD2的5倍
还提供外部LCD电压
400 kHz I2C总线或6.5 MHz SPI总线接口可选
VLCD的线性温度补偿可选
显示偏置电压配置可选
宽数字和模拟电源电压范围:2.5 V至5.5 V
宽LCD电压范围:适合从4.0 V低阈值LCD到12.0 V高阈值扭曲向列和垂直排列(VA)液晶 显示存储RAM可以1:1, 1:2, 1:4的不同方式切换存储区
可编程帧频率范围:45 Hz至300 Hz;经过出厂校准,容差为±5 Hz(80 Hz时)
直流补偿LCD驱动波形反转方案可选:帧或n行线路反转
用于状态监控的诊断功能
提供温度读数的集成式温度传感器
内部振荡器频率和VLCD的片内校准