product development of lcd module

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（エンジニアリング事業部）

社外秘

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2012/3/3　　 Division 　：　 Electronics Section　　 Name 　：　 T.Yamaguchi

Technology AnnouncementTechnology Announcement

Product Development ofProduct Development ofLCD ModuleLCD Module



社外秘

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1. What’s LCD Module

2. Flow

3. RFI/RFQ / Initial Study

4. Design

5. Layout

6. Manufacture of FPC

7. Assembly

8. Evaluation

9. Documentation for MP

10. Episode

Index (Index ( 目次目次 ))

※本資料はスマートフォン／携帯電話などに用いられる比較的小型の　　　 LCD Module 開発に主眼を置いて作成しています大型の LCD 開発と異なる点がありますことをご了承ください。

1-2. Constructional element of LCM11-3. Constructional element of LCM2

5-2. Parts Placement5-3. Routing

4-2. Circuit Design4-3. Specification of FPC

10-2. Episode110-3. Episode2

8-2. EMI/EMS measurement



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1. What’s LCD Module1. What’s LCD Module

Liquid Crystal Display の略で、携帯電話や TV 、 PC などに最も良く用いられる画像表示装置です。

LCD パネルには、 TN(Twisted Nematic) 型、 VA(Vertical Alignment) 型、 IPS(In-Plane Switching) 型などがあります。それぞれの特徴や詳細に関しては多くの書籍がありますので、ここでは省略します。

最近の TV や携帯電話では、より鮮明な動画表示に対応するため応答速度の速い IPS 型や、高視野角、高コントラストの VA 型が主流となっています。

TV 、 PC 向け（大型）

※http://www.e-litecom.com/webapp/jap/research/lcm.jspも参考になるかと思いますスマートフォン／携帯電話向け（中・小型）

http://www.e-litecom.com/webapp/jap/research/lcm.jsp



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1-2. Constructional element of LCM1 (1-2. Constructional element of LCM1 ( 構成部材構成部材 ))

・液晶パネル　　－基板　　　－透明電極　　　－配光膜　　－液晶材　　－スペーサ　　－カラーフィルタ　　－偏光板　　－封止材

・バックライト　液晶そのものは発光しないため、 CCFL や LED などの光源と、　光源からの光を効率良く均一に　分布させるための導光板などから　構成される

液晶パネルの構造概略（ Wikipedia より引用）

CCFL ： Cold Cathode Fluorescent Lamp 　冷陰極蛍光ランプ

サブ画素や TFT 回路などが作りこまれた基板

BM やカラーフィルタ、共通電極が作りこまれた基板



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1-3. Constructional element of LCM2 (1-3. Constructional element of LCM2 ( 構成部材構成部材 ))

・ LCD ドライバ　液晶パネルを駆動するのに必要な電源、 Timing Controller や RAM などを持った LSI

・駆動用プリント基板　セット側と LCD ・ LCD ドライバとの　接続を担う部分で、データ線だけ　でなく電源回路を持つ場合もある。　この例はプリント基板である FPC　上に LCD ドライバを搭載しているが　液晶パネル上にドライバを搭載する　こともあり、前者を COF （ Chip on Film ）　、後者を COG （ Chip on Glass ）と呼ぶ。

・筐体（フレーム）　バックライト一体型の場合も　ある

LCD モジュール一例（ Sony サイトより引用）



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2. Flow (2. Flow ( 開発フロー開発フロー ))

RFI/

RFQ

受領商談成立

Initial Study / Cost Study etc..

Design /Layout

Design Review

Manufacturing

Venderselection

Assembly

Sampl

e

入手

Evaluation / Review

量産

(M

ass Production)

Evaluation / Review

Documentation

Pre

量産

(Com

mercial

Sample)

Hard

Tooling

着手

試作部材納入

Soft T

ooling

着手



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3. RFI/RFQ (3. RFI/RFQ ( 商品企画商品企画 ) / Initial Study () / Initial Study ( 仕様検討仕様検討 ))

ずいぶん厚みが厳しい要求ね・・一度メカ担当のほうで各部材の図面に落とし込むわ。明日 AM 中で大丈夫かしら？

マネージャ

メカ責任者

光学責任者

電気責任者

見積り用の外形図面だけでも今日もらえないかな？すぐにメーカと打合わせするよ。光学 Spec も厳しいから LCD パネル部隊とも打合せ設定しなきゃね。

部品エリアと許容高さをまず教えてよ。 IC設計者、パネル設計者と外付け必要部品を決めて、部品配置検討を進めるからさ。製造担当とも要相談だな・・

お客さんから来た仕様図だ。各部材の担当で詳細検討とコスト見積りをお願いね。見積り条件と Target コストは後ほどメール配信するから、顧客への回答期日は1週間後！説明資料も準備しておいて。それと疑問があれば、まとめて質問しようか。

RFI ： Request for Information 、情報提供依頼書RFQ ： Request for Quotation 、見積もり依頼書

商品開発のはじめは企画から。この段階では、顧客からの RFI/RFQ といった開発検討依頼を受け社内で要求仕様の把握と開発可否の判断を行います。最終的な Output は見積り価格と開発実現可能な仕様の回答になります。

提案型の開発スタイルになると、業界トレンド、市場動向の調査を元に企画を立てていくことになります。



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4. Design (4. Design (設計設計 ))



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4-2. Circuit Design (4-2. Circuit Design ( 回路設計回路設計 ) )

LCD モジュールの FPC 回路はLSI やリジット基板（硬質基板）に比べると非常に回路規模が小さく、基本的には以下のような回路を構成するのみです。

・電源回路のフライング Cap や　パスコンといった外付け回路・セット供給電源の平滑 Cap・ B/L や T/P 用のコネクタ・発振回路の外付 R

仕様によっては、 LCD ドライバをFPC 上へ搭載することもあるのでは？

確かに、 LCD ドライバや IC を搭載することはあります。回路図自体は仕様書や IC設計者とのやりとりを経て描くことができますが、もっとも大変なのは LCD モジュールに用いられる FPC は高々 2層のため、レイアウト作業と言えます。また高精細の FPC （ Pitch が狭い）が必要なため、対応できるメーカがある程度限られ、部品コストの面で不利になることも。

ちなみにドライバ IC などは、 FPC 上にベアチップを ACF （異方性導電フィルム）で搭載したり、 WLCSP （ Wafer Level CSP ）ではんだ接続することが多いです。

Input （セット）側

Output （ LCD ないしはドライバ IC ）側

Output（ B/L や T/P など）

● ● ●



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4-3. FPC4-3. FPC 仕様仕様

ベース（ PI など）

接着剤導体 (Cu など )

カバーフィルム (PI など )メッキ (Ni/Au など )

Single layer FPC(片面 FPC) Double layer FPC(両面 FPC)

回路設計とほぼ同じタイミングで、セットへ組込まれる状態を考慮して、 FPC の基本要求仕様を決定します。たとえば、・片面で要求実現可能か？両面必要か？多層 FPC が必要か？・曲げる位置はどこか？想定される曲げ R は？・寸法公差はどこまで許容できるか？・顧客からの特別な環境要求（ハロゲンフリーや難燃グレード）　はあるか？・想定されるパターンの L/S （ Line / Space ）は？・導体露出部の表面処理は？・カバーフィルムの種類は？各層の厚みは？・ 1st サンプル数量、量産時期は？量産場所は？などをリストアップし、サプライヤへ見積り依頼を行います。

導体 (Cu など )接着剤

カバーフィルム ( レジストなど )

カバーフィルム

100円1st サンプル納期厳しいです。

US$0.71Request all OK!

製造 Capa足りません。 Drop しま

す・・

US$0.70Request all OK!

×

Double layer FPC の例



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用途に応じた材料、層構成を選ぶことが必要！！

Break1 (Break1 (ちょっと一息ちょっと一息 ))

携帯電話

ディスプレイ

絵は日本メクトロン㈱ HP より引用

FPCFPC ってフレキシブルプリント基板だから曲げても大丈夫なんでしょ？？ってフレキシブルプリント基板だから曲げても大丈夫なんでしょ？？答えは NO 。携帯のヒンジ部や HDD に用いられる種類のものは繰り返しの屈曲に耐えうる材質と層構成をしていますが部品実装されたものやディスプレイ用途などの微細パターンの FPC は多少の曲げには耐えられますが繰り返しの曲げには向いていません。

HDD

ディジタルカメラ



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5. Layout (5. Layout ( レイアウレイアウトト ))



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5-2. Parts Placement (5-2. Parts Placement ( 部品配置部品配置 ))

基板外形図面に対して、まず部品配置可能エリアへ大まかに部品を配置していきます。といっても、最低限のルールはあります。

１．部品間の最小クリアランスは必ず確保する！！２．有極性部品は適切な向きで。３．後ほど行う Routing （配線）を多少考慮する。４．曲げるなどの機械的ストレスがかかる個所には　　部品を配置しない。Etc..

最小クリアランスを確保するのはなぜ？最小クリアランスは基板上に部品実装を行う実装機（マウンター）の能力により異なりますが、このルールを守らないと部品脱落や未実装、部品ショートが起きます。

実装機の能力を知っていれば大丈夫？厳密にいうと答えは No です。基板の製造能力や部品そのものの外形公差なども考慮が必要です。ただし、基本的には実装機の能力 << 基板製造能力※右図例の場合、部品外形公差は無視できるほど小さいなのでよほど攻めた設計でない限り Yes とも言えます。

携帯機器向けは常に攻めた設計が多いですが・・・

基板外形 (Outline) 部品配置可能エリア

部品外形



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5-3. Routing (5-3. Routing ( パターン設計パターン設計 ))

Layer A

Layer B

回路図に合わせて、パターンを引いていきます。と一言でいっても、この作業が製品の特性を決める上で重要な作業です。右図例のような 2 レイヤーの基板はスペースの余裕がほとんどなく最悪の場合パターンが引けない状況も発生します。

2 次元の図面から頭の中で 3 次元構造を考えることも重要っと。それに、基板設計においてはどの面視で描かれているのか間違いやすいから、図面を印刷して実製品の模型を作成すると図面全体のチェックがし易いか・・

携帯電話などの通信機器は EMC に関して法規（顧客によってより厳しい場合も）で規格が定められています。パターンの引き回しひとつでアンテナになり不要輻射を発生させたり、外部ノイズを受けて特性を満足しないこともあるので、図面全体をしっかりチェックし設計段階で対策を講じることが重要！

EMC: Electromagnetic Compatibility 、電磁環境両立性FMEA: Failure Mode and Effect Analysis 、故障モードとその影響の解析

どうしても懸念箇所があるまま進めるなら、あらかじめ FMEA を行い、実験計画をしっかり立てておくこと！リスクマネージメントをしっかりとな。



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6. Manufacture of FPC (FPC6. Manufacture of FPC (FPC製造製造 ))

フローは日本メクトロン㈱ HP より引用

※簡略化のため、イメージ図に接着剤層を描いていませんこのフローはあくまで一例で、超微細 FPC はエッチングでパターン形成せず、積み上げで形成するものもあります。（セミアディティブ法）

半導体の製造と大きく

変わらないの～



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7. Assembly (7. Assembly (組み立組み立てて ))

偏光板貼り付け

パネル映像検査

FPC貼り付け（ FOG ）

Pre 画出し検査

バックライト組み込み

画出し検査

ラベル貼り付け

出荷検査

梱包

出荷

あくまで一例であり簡略化していますが、 LCD モジュールの基本的な組立工程は各部材のロスを抑え歩留まり Up を実現するため随所に検査を行います。

偏光板のキズ、異物挟み込みなどのチェック

FOG実装不良のリジェクト

FOG ： Flex on GlassCOG ： Chip on Glass

バックライトの不良（反射シート /拡散シートのしわなど）のチェックと製品状態でのあらゆる不良のチェック

製品仕様どおりにモノが出来上がっているかを最終検査



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8. Evaluation (8. Evaluation (製品評価製品評価 ))

MIT 試験 (耐折試験 )携帯電話のヒンジ部などに用いられる FPC の耐折評価方法。高精細 FPC 、柔らかい仕様のFPC には向かない

屈曲試験の一例

ごく一般的な電気特性評価（電源電圧特性、温度特性、周波数特性 etc. ）も行いますが、携帯電話向けの製品特有の試験としてはオーディオノイズ測定や次ページの EMC測定などがあります。また信頼性評価、品質評価においては通常の環境試験や静電気試験、落下試験などを行うのはもちろんのこと顧客にもよりますが“コカコーラ試験”なるものがあります。

オーディオノイズ測定とはLCD モジュールから 20Hz～ 20KHz の周波数成分のノイズを放射していないかチェックします。携帯電話の使用状態を想像していただけるとわかりやすいかと思いますが、人の耳に接するのが画面、つまり LCD となるため、この評価が実施されます。

モジュールの評価とは別に FPC単体での評価もあります。主に屈曲試験や耐折試験、剥離強度試験があげられますが耐折試験（ MIT 試験）は試験装置を保有しているサプライヤにて実施することが多く、設計者は・試験実施箇所・試験方法・規格を提示します。

ノイズが入って聞こえづらいな・・

製造工程での取り扱い、出荷後のセット Assy時の取り扱いを十分考慮して、条件を設定するのじゃぞ！



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8-2. EMI/EMS measurement8-2. EMI/EMS measurement

RF Pre Amp’

Spectrum Analyzer

アンテナ

LCD モジュール

シールドルーム /シールド Box

駆動周波数の高調波成分が放射（不要輻射）されている

少なくともこのレンジでは輻射ノイズが見えていない。念のため、レンジを変えて確認する必要がある

LCD モジュールから 1cm程度離れた位置でモジュール全体をスキャンし、 LCD モジュールが非駆動状態でのノイズ（暗ノイズ）と駆動状態のノイズを測定し、差分が製品から放射される不要ノイズとなります。全体をスキャンすることにより、どの位置が放射源かを特定し適切な対策を講じるのに役立ちます。

最終製品の測定では 3m法や 10m法などが用いられますがLCD モジュール単体での評価は、影響を及ぼす（受ける）部品が非常に近傍に常に存在するため、測定方法を少しカスタマイズして評価しています。

私もまだまだ勉強中。。。あまり質問しないでね m(-

_-)m



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Break2 (Break2 (ちょっと一息ちょっと一息 ))

量産設備のチェック、歩留まり確認にとどまらず未知の不良を洗い出す。⇒Pre 量産の重要性はここにある！

こんなタイミングで不良多発！！

ダイシング時のテスト PAD のバリ

テスト PAD って？

ベアチップを FPCへ COF した際、ベアチップのテスト PAD がダイシング（ Wafer状態から EDS 後、個片へ切り離す工程）時に生じたバリで FPC の銅箔に突き刺さりショート！量産直前に問題発覚！！

COF ： Chip on Film FPC 上に部品（主に半導体）を搭載する技術EDS ： Electric Die Sort 　詳しくは [ エレ研修資料 ]LSI ・ IC の設計・開発参照

なぜ気づかなかったの？？試作数量が極端に少なく、バリが原因の不良が出ていなかったため誰も気づかず・・・

写真は EDS の様子で、プローブ（針）が電気的に触れている箇所がテスト PAD になります。

ちなみに写真のプローブの付いた円盤状のものをプローブカードと呼びます。

製品 PAD

テスト PAD



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9. Documentation for MP (9. Documentation for MP ( 仕様書作仕様書作成成 ))

いよいよ量産に向けて、製造移管するための各種指示書を作成します。最終版の設計情報をわかりやすく、かつ必要情報を完全に網羅した書類とする必要があります。

LCD モジュールの場合では・構成部材一覧（部品名、調達先など）・ LCD パネル仕様書・各部材の仕様書・組み立てフロー・検査仕様書・梱包仕様書・ FPC 基板回路図・ FPC実装部品リスト（員数、 Ref 、調達先など）などなど多岐にわたります。

これ以外に製品仕様書の作成、手直しや必要に応じて不良解析業務をサポートするためのドキュメント類の作成も行います。

これで量産準備 OKですね。ヒット商品になることを願いま

しょう！

不良を出さず、高品質の製品を製造していきます。引き続き協力をお願いします。



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10. Episode10. Episode【【 20062006～～ 20092009年頃年頃】】



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10-2. Episode1 10-2. Episode1 失敗事例～動かない～失敗事例～動かない～

＜背景＞　開発当初、 8 モデルの設計を担当。猫の手を借りたいほど日々の業務が　忙しい中で回路設計時に“たった”数本の結線をミス

＜問題発覚＞　納期どおりにサンプル出荷ができたものの顧客評価にて　全数で動作不良の指摘。

＜原因＞　１．サンプル試作前の DR を行わなかった！！　２．サンプル試作時の検査が簡易検査で問題に誰も気づかず・・・

＜対応＞　新たにサンプル試作は構成部材の不足により不可。　　不具合理由とリカバリー案を顧客へ提示するも全数修正の指示。　技術面での難易度と日本は大型連休間近でリワーク対応してくれる　協力サプライヤがなかなか見つからない。。

自分でリワークしたものと、作業方法を示し立会いの下作業指導を行い、協力サプライヤ 1 社を見つける。また、リワーク後のサンプル検査を含めた後工程を管理し何とかリカバリー成功に至る。

＜再発防止策＞　１． DR未実施でのサンプル試作禁止　　　　各設計者へ大きな権限が与えられている中では　　　　 DR の目的は第 3 者チェック。『忙しい』、『納期が　　　　間に合わない』は言い訳に過ぎない！

　２．設計 FMEA ・チェックシートの充実　　　　何か起きてから考えるのでは遅い！起こりうる　　　　故障モードとそれにより生じる影響を明文化し、　　　　信頼失墜、機会損失を防ぐ。

　３．意識の改革（精神論？）　　　“サルも木から落ちる”、“河童の川流れ”のことわざ　　　どおり『自分は大丈夫』は通用しない！　　　　



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10-3. Episode2 10-3. Episode2 成功事例～薄型・小型化への貢献成功事例～薄型・小型化への貢献～～＜背景＞　従来機種に比べ顧客要求厚みが厳しく、セットコンセプトからも　仕様変更提案ができる状況ではない。。。

＜対応＞　関係各署からの情報収集で FPC 上に搭載する部品の高さが　許容できるレベルになく部品の再選定とより薄い FPC 仕様への　変更、製造部門との部品実装の仕様詰めを行い社内で初めて 0603 サイズ（ 0.6mm x 0.3mm ）チップ部品の量産導入に踏み切る。　（ちなみに当時 FPC に搭載されるチップ部品の主流サイズは 1005 や 1608 ）

＜導入にあたって＞　この仕様になると、部品の外形公差、 FPC のマスク開口精度、部品実装精度が　非常に重要。また、導入当時は 0603 サイズ部品が主流ではなく、部品単価が　高くなるため、部品サプライヤを呼んで価格交渉も行った。

＜背景＞　社内で初めて、高速シリアル I/F （ Flatlink3G など ) を使用した製品開発の受注

＜課題＞　ドライバ IC も同時開発となり、システムの事前検証ができず、 FPC の回路図がかけない。。テスト開発部隊も量産設備の開発に着手できず。

＜対応＞　高速シリアル I/F のトランスミッタ（パラレル -シリアル変換 IC ）と　レシーバ（シリアル - パラレル変換 IC ）を入手し、量産中モデルの評価ボードを　加工して動作検証を行い、社内へ展開。

＜導入にあたって＞ IC や FPC 、 LCD パネルの開発スケジュールが受注時点で切迫しており　ボード改造と動作検証の期間は 1週間弱。評価ボードのプログラム作成担当含め　関係者との密な連携で課題クリアに至る。



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11. 11. 続続 EpisodeEpisode【【 20112011年度年度】】



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11-1. 11-1. 不具合事例～バックライトが消える～不具合事例～バックライトが消える～

＜概要＞　顧客セット Assy時、 LCD モジュールに加重ストレスを掛けると　バックライトが消える不具合が発生！発生率は非常に低い

＜原因解析＞～発生当初～　試作では発生が無く、顧客返品サンプルも　非常に数が少ない。外的要因による配線と金属　フレームとの接触を推測するも、原因究明には　至らず。

～数日後～　発生率が徐々に上がり、返品サンプルも　増えてくる。詳細解析の結果、右写真のように　メッキリード ( 配線 ) が金属フレームと接触する　ように FPC端面がめくれ上がっていることを発見。

金属フレーム

絶縁層

メッキリード ( 導体 )

金属フレーム

メッキリード（配線）ベース基材

絶縁層

導体（ GND ）FPC

【通常品】

Stress

【不具合品】

Short

Stress



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　　　導電物

　　　配線（メッキリード）　　　ベース基材

　　　絶縁層

　　　導体　　　絶縁層

＜対応＞　・設計上は、 FPC のめくれ上がりを想定してはいない　・ um レベルのため、製造工程で完全にリジェクトするのは困難

設計変更を軸に工程へ改善依頼

メッキリードの引き出し方についての設計フローを制定 ( 明文化 )＜再発防止策（設計的観点）＞

FPC 最外形導体端部

絶縁層

メッキリード配線 FPC 最外形

FPC 最外形導体端部

FPC 最外形メッキリード配線内側へ移動

変更

11-1. 11-1. 不具合事例～バックライトが消える～不具合事例～バックライトが消える～

左記構造は配線と導電物とが近接していると考える

併せて・・

設計時のこれまでの考え方を見直し、他設計メンバーとも情報共有、認識統一を実施



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ご清聴ありがとうございました

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