Was ist die COG-Anzeige?

Abstrakt
Für Entwickler von Industrie-, Automobil- und tragbaren Geräten, Chip-on-Glass (COG) Flüssigkristallanzeige (LCD)-Modulebieten viele Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen LCD-Modulen mit einem verpackten LCD-Treiber.Dieses Whitepaper vergleicht COG-Module mit herkömmlichen LCD-Modulen, zeigt die Hauptunterschiede zwischen den beiden und erklärt, warum COG-Module dünner sind, eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen, ein flexibles Design bieten und kostengünstiger sind.

Einführung

•LCDs werden häufig als LCD-Module geliefert, die über eine eingebaute Treiberschaltung verfügen, die die Installation vereinfacht und die Zuverlässigkeit verbessert.Das Hinzufügen von gekapselten Treiberschaltkreisen in LCD-Modulen führt jedoch auch zu einer Reihe von Nachteilen, weil es:

◇ Erhöht die Dicke des Displays
◇ Erhöht die Kosten
◇ Erhöht die Anfälligkeit für Ausfälle der Module

• All diese Nachteile sind wichtige Überlegungen, wenn es um Displays für Industrie-, Automobil- und tragbare Geräte geht.Aus diesem Grund sollten Designer in diesen Bereichen unbedingt die Verwendung von Chip-on-Glass (COG) LCD-Modulen in Erwägung ziehen.Chip-on-Glass (COG) LCD-Module bieten ein sehr dünnes Profil, verbesserte Zuverlässigkeit und einen vernünftigen Preis.

Das Chip-on-Glass-Konzept

• Bei einem herkömmlichen LCD-Modul ist der LCD-Treiber auf einer Leiterplatte auf der Rückseite des Moduls montiert.Dadurch wird die Gesamtdicke des Displays mehr als verdoppelt.Die Antriebsverbindung erfolgt entweder über feststehende Stifte oder Elastomerverbinder.Für die Steckverbinder sind mehrere Verbindungen für jeden Treibereingang zum LCD erforderlich. Und da LCDs im Allgemeinen viele Treibereingänge benötigen (selbst wenn Multiplex-Treibertechniken verwendet werden), ist die Qualität dieser Verbindungen ein kritischer Faktor bei der Bestimmung der Zuverlässigkeit.

• Im Vergleich dazu ist bei COG-Modulen der LCD-Treiber direkt auf einer überlappenden Kante einer der Glasplatten montiert, aus denen das LCD besteht.Das resultierende Modul ist ein integriertes Display mit einer Dicke von weniger als 3 mm, bei dem alle Verbindungen vom LCD-Treiber zum LCD vollständig von der Umgebung isoliert sind.Bei COG-Modulen benötigt jede Verbindung nur einen Bond, was eine optimale Zuverlässigkeit des Moduls gewährleistet.

Ein Einblick in die Chip-on-Glass-Fertigung

• Produktion von LCD-Zellen

◇ In einem COG-Modul wird eine der beiden Glasplatten, aus denen das LCD besteht, verlängert, um Platz für einen zu montierenden und anzuschließenden LCD-Treiber zu schaffen.Wie bei herkömmlichen LCDs werden auf der Oberfläche der Glasplatten Elektrodenmuster aus ITO (Indium-Zinn-Oxid) erzeugt.Bei COG-LCDs werden diese Muster um eine Anschlussbahn für den LCD-Treiber erweitert.Zusätzlich kommt am Rand auch ein externer Stecker zum Einsatz.

◇ Für einen zuverlässigen Betrieb muss der spezifische Widerstand der Anschlussbahnen zum LCD-Treiber niedriger sein als der spezifische Widerstand der ITO-Verbindungen, die in einer herkömmlichen LCD-Zelle verwendet werden.Um die ACF-Bonding-Technologie zu ermöglichen, werden die LCD-Treiber mit Gold-Bumps auf den Anschlusspads hergestellt.Die Verbindungen zwischen dem LCD-Treiber und dem Schnittstellenstecker bestehen ebenfalls aus ITO, wobei breite Leiterbahnen für eine niedrige Impedanz empfohlen werden.Die Spuren zum Display können eine höhere Impedanz haben, aber für eine ideale Balance sollten sie ungefähr die gleiche Impedanz haben (alle Zeilen, alle Spalten).

Chipbonden mit anisotropem leitfähigem Film (ACF)

•Für die Chip-on-Glass-Fertigung sind drei Komponenten erforderlich: LCD-Zelle, LCD-Treiber und das ACF (Verbindungsmedium), wie in Abbildung 3 gezeigt.

◇ Das ACF besteht aus einem Epoxidharz (ähnlich einem UV-härtenden Klebstoff), das elektrische Leiterkügelchen enthält.
◇ Die Leiterperlen stellen den Kontakt zwischen den Goldhöckern des LCD-Treibers und den ITO-Leitern auf dem Glas sicher.Durch das Aushärten des ACF-Klebers wird der notwendige Druck zwischen Chip und Glas aufgebaut, um eine gute elektrische Verbindung zwischen den Bumps und den Leiterbahnen auf dem Glas zu gewährleisten. Etwa 30 Perlen pro Bump garantieren einen zuverlässigen Kontakt.
◇ Aufgrund der Oberflächenspannungen des Klebers auf den Leiterperlen entsteht kein horizontaler Kontaktzwischen den Kügelchen, wodurch Kurzschlüsse zwischen benachbarten Goldhöckern des LCD-Treibers vermieden werden.

COG unterstützt viele Designoptionen

Ein weiterer Vorteil der COG-Technologie besteht darin, dass sie eine breite Palette von Display-Designs mit wenigen Einschränkungen unterstützt:

• Die Platzierung des LCD-Treibers kann auf jeder Seite des aktiven Anzeigebereichs erfolgen.Dadurch kann der verfügbare Platz rund um das Display optimal genutzt werden (z. B. zum Anbringen von Schaltern).

• Jede Art von Flüssigkristalltechnologie kann verwendet werden:

◇ TN: LCDs mit Twisted Nematic (TN)-Technologie erzeugen schwarze Pixel und Zeichen vor einem klaren Hintergrund.Ideal für Multiplexraten bis 1:8.
◇ STN: Die Super Twisted Nematic (STN)-Technologie wird für Displays verwendet, die eine hohe Multiplexrate erfordern. Diese Technologie bietet ein kontrastreiches Display mit einem großen Betrachtungswinkel.
◇ ABN: Displays mit Advanced Black Nematic(ABN)-Technologie bieten sehr hohe Kontrastverhältnisse mit echten schwarzen Pixeln und Zeichen, große Betrachtungswinkel und nur eine geringe temperaturabhängige Leistung und Farbverschiebung.

• Die COG-Technologie ermöglicht die Kaskadierung von LCD-Treibern, um die Anzahl der Anzeigeelemente (Pixel) zu vergrößern.
• Eine der wenigen Einschränkungen der COG-Technologie besteht darin, dass nur LCD-Treiber mit Gold-Bump-Kontakten verwendet werden können.

Erleuchtung

Der Display-Polarisator auf der Rückseite hat eine reflektierende Beschichtung, um dem erforderlichen Beleuchtungsmodus zu entsprechen:

• Reflektionsmodus: Eine durchgehende reflektierende Beschichtung ermöglicht das Betrachten bei Umgebungslicht
• Transmissionsmodus: Der hintere Polarisator bleibt frei und das Display muss von hinten beleuchtet werden
• Transflektiver Modus: Eine dünne reflektierende Beschichtung bietet eine ausreichende Reflexion für die Betrachtung bei Umgebungslicht und lässt die Hintergrundbeleuchtung durchscheinen, sodass das Display bei schlechten Lichtverhältnissen verwendet werden kann.

Für Displays im transmissiven und transflektiven Modus können die folgenden Hintergrundbeleuchtungssysteme verwendet werden:

• LED: Mehrere LEDs sind in einem flachen (3 mm bis 4 mm tiefen) Gehäuse montiert, das einen Lichtleiter enthält, der das Licht gleichmäßig über das Display verteilt.LED-Hintergrundbeleuchtungen sind in vielen Farben erhältlich und erzeugen eine helle Anzeige, wenn sie mit einem niedrigen Gleichstrom versorgt werden.Sie haben eine sehr lange Lebensdauer von bis zu 1.000.000 Stunden.
• EL-Panel: Eine phosphorimprägnierte Folie, die bei Versorgung mit Wechselspannung für eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung sorgt
(typischerweise 100 V (RMS) bei 600 Hz).EL-Panels haben ein sehr dünnes Profil, sind aber nicht so hell wie LED-Hintergrundbeleuchtungen und verbrauchen mehr Strom.Sie haben eine typische Lebensdauer von 2.000 Stunden.
• Glühlampe: Mit herkömmlichen Glühbirnen kann ein kostengünstiges, aber ziemlich sperriges Beleuchtungssystem geschaffen werden.Das Display muss sorgfältig entworfen werden, um eine ungleichmäßige Beleuchtung zu vermeiden.

Anschlüsse

Die zum Glasrand führenden Leiterbahnen ermöglichen den Anschluss des COG-Moduls an einen Mikrocontroller.Mehrere Methoden können verwendet werden, um diese Verbindung zu aktivieren:

• Flexfoil: Mit einer hermetisch dichten Verbindung direkt auf dem Glas befestigt.Flexfoil bietet eine äußerst zuverlässige und flexible
Verbindungssystem.
• Feste Stifte: An die Glaskante geklemmt, mit Leitkleber befestigt und mit Epoxid versiegelt, bieten feste Stifte eine sehr stabile und kostengünstige Verbindungsmethode, die für die meisten Anwendungen empfohlen wird.Die Pins können direkt auf eine Leiterplatte gelötet oder an einen geeigneten Schnittstellenstecker angeschlossen werden.
• Klebeverbinder: Direkt auf die Glaskante geklebt und durch ein Kunststoffgehäuse geschützt, bietet dieser Verbindertyp eine kostengünstige Alternative.

Direkter Vergleich der Herstellungsmethoden für LCD-Module

Im Vergleich zu LCD-Modulen mit einem gehäusten LCD-Treiber bieten COG-Module große Vorteile mit nur sehr wenigen Nachteilen für das Gerätedesign, wie in der folgenden Tabelle gezeigt:

Direkter Vergleich der Herstellungsmethoden für LCD-Module

Entwickler von Industrie-, Automobil- und tragbaren Geräten sollten unbedingt die Verwendung von COG-LCD-Modulen für ihre LCD-Anforderungen in Erwägung ziehen.COG-Module sind erheblich dünner, zuverlässiger, flexibler und kostengünstiger als herkömmliche LCD-Module mit einem gehäusten LCD-Treiber.

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