COG (Chip On Glass)的價值定位
許多液晶顯示器皆透過連接一個封裝的(*)液晶驅動器IC完成顯示功能，透過印刷電路板(PCB)進行物理顯示（見圖a）。這種概念（本文中稱為「表面黏著元件」；Surface Mounted Device」或SMD）提供了堅固的機械解決方案，但同時亦需要更複雜及更密集的PCB設計。
COG技術是另一種設計概念，其液晶驅動器直接安裝於顯示器上（見圖b）。此種設計概念（本文中稱為COG）可減少PCB上的走線和層數，縮減電路板尺寸和複雜性，並減少SMD中所使用的IC封裝，顯著降低系統成本。
圖1:SMD和COG液晶顯示器
不同於SMD，COG需要IC和液晶模組製造商之間緊密的生產設計協調。透過與全球主要液晶模組製造商的密切合作關係，以及在COG應用設計液晶驅動器方面超過10年的經驗基礎，NXP具備深厚的實力支援COG應用。
表面黏著元件概念 ﹙Surface Mounted Device, SMD﹚
對SMD液晶顯示器而言，顯示器和顯示驅動器皆安裝在PCB上，顯示器和PCB之間的連接則透過固定引腳或彈性連接器(ZEBRA)。以4*60的液晶區段驅動器為例，在複用1:4模式下具備最高240個區段，結果顯示驅動器和PCB以及PCB和顯示器之間最高達64個連接 （128區段顯示和36連接的示例，見圖2）。圖3為使用彈性連接器的SMD液晶顯示器結構。
圖2:SMD固定引腳液晶顯示器
圖3:使用彈性連接器的SMD液晶顯示器
SMD顯示器包括液晶單元，一個金屬或塑膠邊框，後者將液晶單元壓到彈性連接器上，再與PCB上的走線連接。彈性連接器由交錯間距的導電段和隔離段所組成，嵌於兩個隔離帶之間。金屬或塑膠邊框各施加輕微的壓力，輕微擠壓彈性連接器以保證液晶螢幕與PCB的密合。
COG液晶顯示器
COG模組的組成包含：
l 顯示螢幕，代表有效的顯示區域。
l 顯示螢幕周圍的密封環，保護並密封顯示螢幕。
l 連接平台，為液晶驅動器IC提供空間。
液晶驅動器IC自身產生顯示器控制和驅動訊號。彈性面板連接器(FPC)將顯示驅動器IC連接到微控制器（見圖4）。
圖4:COG液晶模組
在COG模組中，組成液晶螢幕的兩塊玻璃板之一向外延伸，做為安裝和連接液晶驅動器的空間（見圖5）。透過銦錫氧化物(ITO)電極與顯示螢幕連接，前者裝配於玻璃板表面並通過異方性導電膜(ACF)連接到安裝於驅動器IC連接墊上的金接點。
圖5:COG液晶模組
COG技術在液晶模組設計方面的限制
l COG可使用非封裝的顯示驅動器IC，只要顯示驅動器IC具備可以接觸到液晶螢幕上ITO走線的金接點。
l LCD驅動器IC可放置在有效顯示區域的任何一側。因此，液晶驅動器IC可放置在較小的一側使接觸平台最小化，降低成本費用。
l COG技術允許數個液晶驅動器IC直接串接在接觸平台上，以驅動更大的顯示螢幕解析度。
l COG技術可將顯示螢幕連接到PCB最恰當的位置，無需考量與微控制器之間的些微距離。
SMD與COG比較
元件和設計工作
接著將針對SMD和COG顯示系統進行比較（見圖6），在SMD中，顯示器和顯示器驅動都直接安裝在PCB上。在COG中，顯示驅動器則直接安裝在顯示器模組上且通過彈性面板連接器﹙FPC﹚連接到PCB。
圖6:SMD與COG的比較
上述兩套系統需要的元件分別條列如下（見圖）：
表1:元件
|
SMD ﹙Surface Mounted Device﹚ |
COG (Chip On Glass) |
|
PCB 微控制器 封裝液晶驅動器IC SMD顯示器（見圖）： – 邊框 – 液晶元件 – 彈性連接器(ZEBRA) |
PCB 微控制器 COG顯示模組（見圖）： – 液晶元件 – 未封裝液晶驅動器IC（附帶金接點） – 異方性導電膜(ACF) – FPC |
使用這些元件時，應重視下列設計和工作事項（見表2）：
表2:設計和工作事項
|
SMD |
COG |
|
PCB空間： –PCB上需有足夠的空間來容納封裝液晶驅動器IC和SMD顯示器。 |
PCB空間： –PCB無需為液晶驅動器IC和COG液晶螢幕騰出空間。 –只需為彈性面板連接器(FPC)留下空間。 |
|
連接器和連接： –PCB上的封裝液晶驅動器IC和SMD顯示螢幕之間需要多個連接（電源、段碼、背板）。 –須有彈性連接器或固定引腳將SMD元件安裝到PCB上。 |
連接器和連接： –微控制器和COG液晶模組連接器之間緊需少量連接（電源、匯流排）。 –彈性面板連接器(FPC)。 |
|
顯示器位置： –顯示器元件位置限制在PCB中 |
顯示器位置： –無位置限制。 |
|
驅動器IC位置： –封裝液晶驅動器應儘量放置在靠近SMD顯示器的位置，避免液晶驅動訊號干擾。 |
驅動器IC位置： –未封裝的液晶驅動器必須放置在COG液晶玻璃上。 |
|
靈活性/可升級性： –無法輕易更換、升級封裝液晶驅動器IC和SMD顯示器。 |
靈活性/可升級性： –只需透過簡單交換模組和驅動器軟體，即可更改或升級COG液晶模組。 |
|
焊接、檢查和驗證： –需焊接、檢查和驗證封裝液晶驅動器IC和SMD 顯示器。 |
焊接、檢查和驗證： –需焊接、檢查和驗證液晶驅動器IC和彈性面板連接器(FPC)至COG液晶模組的連接。 |
註：在COG案例中，須遵照具體設計指南以確保液晶模組的ESD和EMC耐受力（見參考. 1 “AN10170”和參考. 3 “AN10853”）。
成本相關問題
表3:成本需求
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SMD |
COG |
|
更複雜且較大的PCB。 封裝液晶驅動器。 液晶驅動器和SMD顯示器的焊接、檢查以及驗證。 較小的顯示螢幕（除了必需有效區域外無其他多餘空間）。 邊框和彈性連接器，將SMD顯示器連接至PCB走線。 |
較簡單且較小的PCB。 未封裝液晶驅動器（附著金接點）就足夠。 焊接、檢查和驗證連接到COG液晶模組的連接器。 足夠的液晶屏玻璃空間以容納未封裝的液晶驅動器。 需要異方性導電膜，將未封裝液晶驅動器連接至顯示螢幕的ITO走線。 |
從表3可以確認四個關鍵參數(**)，決定SMD或COG顯示系統的成本：
l PCB
l 液晶驅動器
l 顯示螢幕
l 材料裝配
(1)PCB：PCB為主要的成本因素，PCB越大越複雜（層數、過孔數），成本相對就越高。藉由將SMD液晶模組換為COG液晶模組，PCB可以去掉顯示器模組和顯示器驅動器，節省電路板空間並降低電路板複雜性，有助於降低整體系統成本。
(2)液晶驅動器：液晶驅動器亦為主要成本之一，驅動器的成本大部分來自封裝。將封裝液晶驅動器換為未封裝液晶驅動器可大幅節省成本（見圖7）。但是圖並未反映出COG液晶模組所需的金接點的額外成本：
圖7:封裝成本占整體顯示驅動器成本的比例隨顯示器元件總數產生變化
此外，封裝的引腳數量越多，封裝成本越高，呈現指數關係（見圖8）：
圖8:封裝成本隨引腳數量產生的變化
當單一封裝驅動的顯示元件數量增加時，每個顯示元件的封裝成本則隨之增加（見圖9）：
圖9:每個顯示元件的封裝成本隨顯示元件總數量產生的變化
(3)顯示螢幕：顯示螢幕是液晶模組成本的另一關鍵要素，其成本直接與顯示區域大小成正比。在COG案例中，需要額外的顯示螢幕區域以容納液晶驅動器IC。此附加區域的尺寸主要取決於：(1)驅動器IC的尺寸和(2)液晶元件的X-Y尺寸。理想情形是驅動器IC設計越長越好，使其寬度最小化。驅動器IC越窄，額外需要的顯示幕區域就越窄。大部分恩智浦COG液晶驅動器IC皆以長且窄的設計為目標，以降低顯示螢幕成本（見圖10)。
圖10:必需顯示區域取決於驅動器IC的設計尺寸
為進一步降低成本，顯示驅動器IC應儘量放置在有效顯示區域的較小一側（見圖11）：
圖11:顯示驅動器IC在顯示螢幕上的放置
為了靈活地進行操作，顯示驅動器IC應儘量在其兩側配備背板輸出。所有最新的恩智浦COG顯示驅動器IC設計皆謹記此一原則，配備兩套背板輸出，IC的每個長邊都有一套（見圖12）。
圖12:恩智浦COG顯示驅動器的背板位置示例
(4)材料和裝配：在材料和裝配方面，COG液晶顯示器比SMD液晶顯示器在成本上更具優勢。在COG案例中，無需放置焊接液晶元件和液晶驅動器至PCB上，可省略該製程的成本以及檢驗的成本。同樣對於材料而言，根據顯示器連接的數量，在SMD案例中，PCB和液晶元件之間必須有多個連接器（電源、段碼、背板），而在COG案例中僅需連接電源和介面引腳。
案例研究：SMD和COG成本/結構對照比較
下面，將根據尺寸為40 mm ´ 24 mm的160區段TN LCD計算模型，對SMD和COG的成本結構進行進一步分析和比較。COG案例中，假設顯示器由PCF8576DU驅動（40 ´ 4液晶區段驅動器），SMD案例中由PCF85176驅動（工業用40 ´ 4區段驅動器，裝於TSSOP56中）。在SMD案例中，顯示器為其原始尺寸(40 mm ´ 24 mm)。在COG案例中，顯示器稍微大一些(40 mm ´ 26 mm)，因為驅動器必須放置在顯示幕上，因此需要2 mm的額外寬度。在此示範案例中，以PCB類型FR4作為基準。SMD案例中的顯示區域假設為80 mm ´ 40 mm；COG案例中的顯示區域則為64 mm ´ 40 mm。
為了進行同等比較，兩個模組（SMD和COG）皆使用彈性面板連接器(FPC)，如圖13所示。
圖13:用於比較成本的液晶模組
針對下列成本參數進行定性和定量分析：(1)液晶顯示螢幕，(2)液晶驅動器IC，(3)PCB區域，和(4)材料、裝配和測試（見表4）。
表4:成本參數（見圖）
|
SMD |
COG |
|
液晶顯示螢幕類型： –TN |
液晶顯示螢幕類型： –TN |
|
液晶驅動器IC： – PCF85176封裝於TSSOP56中 |
液晶驅動器IC： – PCF8576DU作為帶凸起的裸片 |
|
PCB面積 – PCB類型FR4 |
PCB面積 – PCB類型FR4 |
|
材料、裝配和測試： – 彈性面板連接器(FPC) – 裝配FPC – 測試 – 焊接 – Misc. |
材料、裝配和測試： – 彈性面板連接器(FPC) – 裝配FPC – IC綁定 – 測試 – Misc. |
在圖14中，將比較SMD和COG的成本和比例結構，不同元件的成本結構和百分比依照表4所列。
表5:成本和比例結構
|
費用 |
類型 |
X (mm) |
Y (mm) |
A (cm2) |
數量 |
成本份額(%) |
|
SMD |
||||||
|
LCD |
TN |
40 |
24 |
9.6 |
1 |
18 |
|
驅動器IC (TSSOP56) |
PCF85176 |
- |
- |
- |
1 |
34 |
|
PCB |
FR4 |
80 |
40 |
32 |
1 |
25 |
|
彈性面板連接器(FPC) |
- |
- |
- |
- |
44 |
12 |
|
IC綁定(ACF) |
ACF |
- |
- |
- |
0 |
0 |
|
裝配(FPC) |
FPC |
- |
- |
- |
1 |
5 |
|
測試 |
- |
- |
- |
- |
1 |
3 |
|
Misc. |
- |
- |
- |
- |
1 |
3 |
|
總計 |
- |
- |
- |
- |
- |
100 |
|
COG |
||||||
|
LCD |
TN |
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