LCM模组的简介与质量管理（连载四）

FROM：http://www.ci800.com/news/htmlnew/2012-4/33589.htm

一、手机行业LCM模组知识介绍

1.LCD显示模组简介

LCM（LCD Module）即LCD显示模组、液晶模块，是指将液晶显示器件,连接件,控制与驱动等外围电路,PCB电路板,背光源,结构件等装配在一起的组件。在我们的日常生活中，到处可见液晶显示器，例如手机的、CD随身听、笔记本电脑、仪器操控面板、数码相机、计算器等使用的显示器。造成液晶显示模块如此的流行的原因是LCM让人与机器的沟通更直接、更简单容易。

它提供用户一个标准的LCD显示驱动接口（有4位、8位、VGA等不同类型），用户按照接口要求进行操作来控制LCD正确显示。LCM相比较玻璃是一种更高集成度的LCD产品，对小尺寸LCD显示，LCM可以比较方便地与各种微控制器（比如单片机）连接；但是，对于大尺寸或彩色的LCD显示，一般会占用控制系统相当大部分的资源或根本无法实现控制，比如320×240 256色的彩色LCM，以20场/秒（即1秒钟全屏刷新显示20次）显示，一秒钟仅传输的数据量就高达：320×240×8×20＝11.71875Mb或1.465MB，如果让标准MCS51系列单片机处理，假设重复使用MOVX指令连续传输这些数据，考虑地址计算时间，至少需要接421.875MHz的时钟才能完成数据的传输，可见处理数据量的巨大。传真的分辨率也就是扫描密度，分辨率越高代表扫描的精度就越高，它可分为垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率是指垂直水平线上每毫米显示的像素点数，水平分辨率是指平行水平线上每毫米显示的像素点数。按照三类传真机的国际标准规定，水平分辨率为8像素/mm，因此传真机的分辨率一般表示为8像素/mm×垂直像素/mm，一般我们就将水平分辨率省却，只以垂直分辨率来表示分辨率。垂直分辨率主要有标准3.85像素/mm，精细7.7像素/mm、超精细15.4像素/mm三种。

　　LCM工艺(Liquid Composite Molding，复合材料液体成型工艺)，是指以RTM、RFI以及RRIM为代表的复合材料液体成型类技术。其主要原理为首先在模腔中铺好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用注射树脂诸如闭合模腔或加热熔化模腔内的树脂膜。模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具有加热系统可以进行加热固化而成型复合材料构件。

1.1 LCM按照模组结构大致可分为以下四种类型：

1.1.1 COG【chip on glass 】晶片在玻璃上，其主要由FPC、IC、电子元器件、背光、PC板、LCD等器件组成，该工艺是在LCD外引线集中设计的很小面积上将LCD专用的LSI-IC专用芯片粘在其间，用压焊丝将各端点按要求焊在一起，再在上面滴铸一滴封接胶即可，而IC的输入端则同样也设计在LCD外引线玻璃上，并同样压焊到芯片的输入端点上，此时，这个装有芯片LCD已经构成了一个完整的LCD模块。通常用FPC或者导电纸等连接方式将接口引出，便于客户使用。该工艺主要包含放屏、放ACF、放芯片、对位检查、芯片压焊、封胶、检测七个工序。

该加工方式可大大减小整个LCD模块的体积，且易于大批量生产，适用于消费类电子产品用的LCD，如：手机、PDA、MP3等便携式电子产品。在IC制造商的推动下，COG将会是今后IC与LCD的主要连接方式。如下图1：

图1. COG模组结构图

IC bonding原理：通过各向异性导电膜（ACF）的导电粒子使IC晶片的引出端与LCD的ITO引线直接连接，如下图2：

图2. COG IC bonding原理图

1.1.2 COB【chip on board 】晶片在PCB上，其主要由PC板、FPC、IC、电子元器件、背光、斑马条、连接器、LCD、固定框等器件组成。该工艺是将裸芯片用粘片胶直接贴在PCB板指定位置上，通过焊接机用铝线将芯片电极与PCB板相应焊盘连接起来，再用黑胶将芯片与铝线封住固化，从而实现芯片与线路板电极之间的电气与机械上的连接。该工艺包含有粘片、固化、压焊、测试、封胶、固化和测试七个工序。

COB工艺采用小型裸芯片，设备精度较高，用以加工线数较多、间隙较细、面积要求较小的PCB板，芯片焊压后用黑胶固化密封保护，使焊点及焊线不受到外界损坏，可靠性高，但损坏后不可修复，只能报废。结构图如下图3：

图3. COB模组结构图

IC bonding原理：通过打线机将金属铝线焊接在IC和PCB板上，起到一个导通作用。如下图4：

图4. COB IC bonding原理图

1.1.3 TAB【tape automatic bonding】即各向异性导电胶连接方式，它是将封装形式为TCP(Tape Carrier Package带载封装)的IC通过ACF（各向异性导电膜）在一定的温度、压力和时间下热压而实现屏与驱动线路板连接的一种加工方式，结构图如下图5：

图5. TAB结构图

1.1.4 COF【Chip On Film】即芯片被直接安装在柔性PCB上，再用异向导电胶将此软薄膜传输带连接到液晶显示器件的外引线处。。这种连接方式的集成度较高，外围元件可以与IC一起安装在柔性PCB上。，如下图6：

图6. COF 结构图

多种方式混合型：COB+SMT、COG+COB、COB+TCP等等。

1.2 LCM按照显示方式可分为：

正像显示（+V）、负像显示（—V）、透过型显示 (transmission)、反射型显示（Reflective）、半透过型显示 (transflective);

1.3 按照显示模式可分为：

TN型：90°扭曲，工作电压低，视角小，驱动占空比为1/4～1/8，显示为黑、白，成本和售价较低。

HTN型：110°扭曲。

STN型：180～250°扭曲，工作电压稍高，视角明显大于TN型，驱动占空比为1/4～1/8以上，显示时为黄、蓝或黑、白，成本和售价均高于TN型。

FSTN: STN+单层补偿膜；

FFSTN: STN+双层补偿膜；

DSTN型：双层STN盒；

ASTN,ISTN等等。

2、LCM常见采光方式

液晶显示器件是被动型显示器件，它本身不会发光，是靠调制外界光实现显示的。外界光是液晶显示器件进行显示的前提条件。因此，在液晶显示装配、使用中，巧妙地解决采光，可以保证和提高液晶显示的质量，一般液晶显示的采光方式分为自然光采光方式和外光源设置方式。而外光源设置上，又分背光源、前光源和投影光源三类。

这里，我们就较为常见的背光源作简单介绍:

背光源采光技术的两大任务是：

1.使液晶显示器件在有无外界光的环境下都能使用；

2.提高背景光亮度，改善显示效果。

采光模式的分类：

现对常用的背照明光源，有LED、EL、CCFL，分类说明如下：

二、手机LCD的主要生产流程及测试项目

下面就以TFT-LCD为例，简述其制作流程

TFT-LCD 是由两片偏光板、薄膜基板、彩色滤光片、背光板、液晶组成的。其结构剖面图如下图7所示：

图7.TFT-LCD的组成

液晶可以把光留在显示器里，也可以让它通过最上面的玻璃，只要用电就可以让液晶改变光的方向，最终形成屏幕上的色彩明暗变化的图案，如下图8所示：

图8.TFT-LCD的显示原理

除了偏光片外，液晶显示器里还有一片载有很多电晶体的玻璃，一片有红绿蓝（R.G.B）三种颜色的彩色滤光片及背光源，当屏幕显示蓝色的时候，有电晶体的玻璃就会发出讯号，只让蓝光可以穿透彩色滤光片，而将红色光和绿色光留在显示器里面，这样我们在显示器上就只能看到蓝色的光了，如下图9所示：

图9.彩色滤光片的作用

制造TFT-LCD主要有三个重要的流程：阵列制程、组立制程、模组制程。

1.阵列制程

1）清洗玻璃基板：一片表面光滑,没有任何杂质的玻璃,是制造TFT玻璃基板最主要的原料.在制作之前,需用特殊的冼净液,将玻璃洗得干干净净,然后脱水,烘干，如下图10：

图10.玻璃基板清洗

2）镀金属膜：要使玻璃基板镀上金属薄膜,需先将金属材料放在真空室内,让金属上面的特殊气体产生电浆后,金属上的原子就会被撞向玻璃,这样就在玻璃基板上形成一层金属薄膜了，如下图11：

图11.镀金属膜

3) 镀不导电层和半导体层：镀完金属膜后，我们还要镀上一层不导电层与半导电层，在真空室内，先将玻璃板加温，然后由高压电的喷洒器喷洒特殊气体，让电子与气体产生电浆，经过化学反应后，玻璃上就形成了不导电层与半导体层，如图12：

图12.镀不导电层和半导体层

4) 光阻定型：薄膜形成后，我们要在玻璃上制作电晶体的图案。首先，要进入黄光室喷上感光极强的光阻液，然后套上光罩照射蓝紫光进行曝光，最后送到显影区喷洒显影液，这样可以去除照光后的光阻，还可以让光阻层定型，如图13：

图13.光阻定型

5) 制作电晶体：光阻定型后，我们可用蚀刻进行湿式蚀刻，将没有用的薄膜露出，也可用电浆的化学反应进行干式蚀刻，蚀刻后再将留下的光阻以溜液去除，最后就产生电晶体所需要的电路图案了，如图14：

图14.制作电晶体的图案

6) 阵列制程: 要形成可用的薄膜电晶体，需要重复清洗，镀膜，上光阻，曝光，显影，蚀刻，去光阻等过程，一般来说，要制造TFT-LCD，就要重复5到7次，如图15

图15.阵列制程全过程

2．组立制程

1) 清洗玻璃基板：完成薄膜电晶体玻璃基板后，我们就要进行液晶面板的组合了，液晶面板是由电晶体玻璃基板与彩色滤光片组合而成，首先，我们要先将玻璃洗干净，再进行下一个步骤。TFT-LCD的整个制造过程都必须在无尘室内，这样才不会有杂质在显示器里面，如图16：

图16.玻璃基板的清洗

2) 涂布彩色滤光片：彩色滤光片是以化学涂布的方式，在玻璃上形成红、绿、蓝的颜色，整齐排列后再覆盖一层会导电的薄膜即完成，如图17：

图17.涂布彩色滤光片

3) 配向：在整个组合的过程中，首先我们要为布满电晶体的玻璃和彩色滤光片涂上一层化学薄膜，然后再进行配向的动作，如图18：

图18.配向

4) 组合液晶面板：在组合二片玻璃板之前，我们要先平均布满类似球状的隙子固定间隔，以免液晶面板组合后，二片玻璃向内凹曲。通常液晶面板在组合时，会留下一个或二个缺口，以利后续灌入液晶，接着就以框胶及导电胶封在二片玻璃边缘，如此就完成玻璃的组合了，如图19：

图19.组合成液晶面板

5) 液晶的注入：封完边框之后，就将液晶面板放到真空室，透过刚才预留的缺口把液晶面板的空气抽掉，然后籍助大气压力灌入液晶，再将缺口封闭，而液晶是一种介于固体和液体之间的化合物质，具有规则分子排列的特性，如图20：

图20.液晶的注入

6) 贴偏光片：最后再贴上二片垂直方向的偏光片，整片液晶面板即算完成，如图21：

图21.贴上偏光片

3．模组制程

1) 搭载驱动IC：偏光片贴附完成后，我们即开始在液晶面板的两侧搭载DRIVE IC，DRIVE IC是很重要的驱动零件，是用来控制液晶颜色，亮度开关的，如图22：

图23.IC的焊接

3) 组装背光源：液晶面板的光线就是从背光源发出来的，在组装背光源之前，我们会先检查组合完的液晶面板有无完善，然后再组装背光源，背光源就是液晶面板后的光线来源，如图24：

图24.组装背光源

4) 螺丝固定：再将CELL与铁框以螺丝锁定，如图25：

图25.螺丝固定

5) 老化测试：组装完成后就进入了最后关键的测试过程，将组立完成的MODULE做老化测试，在通电及高温状态，筛选出品质不良的产品。，如图26：

图26.老化测试

6) 包装：品质最优的产品，就可以包装出货了。

这样，液晶面板经过许多检验测试的程序，才能把最完美的产品交给客户，这样才算是真正的完成整个液晶显示器的制作过程。

LCM的主要检验及测试项

LCM的可靠性实验主要测试项目于试验条件：

三、手机LCM模组组装中常见的质量问题

四、手机LCM业内行业综合实力排名与不良率水平（PPM)分析

从整个手机业内来看，最先发展和目前技术最新最好的都不在国内，而是韩国、日本和中国台湾。从国内的行业水平来看，信利国际技术处在领先的位置，天马拥有自己的黑白屏玻璃线，在黑白屏领域拥有价格优势，京东方通过实施国际化、培育核心竞争力等策略，京东方正逐步成长为显示领域的全球领先企业，年生产能力超过1200万片，因此，综合实力也处在国内第一集团。

从不良率水平统计分析来看，国内比较大的、具有代表性的LCM供应商的水平不良率都在3000PPM左右，而二流、三流的LCM供应商没法用此指标来衡量。伴随着国内手机模式的转变、国内ODM厂商的整机出口量急剧增加，整机价格战的不断升温中，对关键器件Cost down紧迫性也是迫在眉睫。但关键器件的质量和价格在一定程度上是成正比的，期望业界各厂商在选择时权衡好质量与成本，质量与品牌的关系。

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