中小尺寸液晶显示模组结构介绍与设计

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◎ 廖建中 小 尺 寸 液 晶 显 示 模 组结 构 介 绍 与 设 计

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序言经过三个月的忙碌与辛苦，终于在今天完成了自己当初定下的目标。 写这本书的主要目的是对自己过去近六年工作经历的一个总结， 虽然平时的 工作都已把相关知识倒背如流，运用得很熟练，但行业的发展是不断往前的，新 的物料，新的技术，新的工艺，新的设备，可以说每天都有进步和发展，把分散 的资料文件分类整理，使之更加有序。需要查阅时，快捷又方便。 希望这本书对同行业的朋友，师弟师妹们有一点小小的帮忙，同时也感谢三 星 SDI（现 SMD）的金敏燮老师，卢承穆老师，朴大哥，朴老师以及老黄，感 谢你们在 SDI 和韩国的帮忙，在相关理论知识上，具体项目上的热心指教。最后 感谢我的太太，在我们工作的这六年里，默默地在背后支持着我，你是我前进的 动力，谢谢。 廖建 2009 年 10 月 16 日于深圳

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中小尺寸液晶显示模组结构介绍与设计目录序言 第一章 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 第二章 2.1 2.2 2.3 2.4 第三章 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 第四章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 LCD 液晶显示屏介绍 液晶显示发展历史-----------------------------------------7 显示分类及特性-------------------------------------------9 LCD 专业名词术语解释-------------------------------------10 LCD 显示屏的特点-----------------------------------------11 LCD 显示屏的应用-----------------------------------------12 广视角技术介绍-------------------------------------------13 中小尺寸 LCM 结构及生产介绍 LCM 结构介绍---------------------------------------------17 LCM 生产工艺流程-----------------------------------------19 LCM 生产 Checksheet---------------------------------------23 LCM 常见不良及品质标准-----------------------------------25 LCM 液晶显示模组设计 新项目结构评估-------------------------------------------30 新项目电子评估-------------------------------------------31 立项报告-------------------------------------------------33 LCM 液晶显示模组的设计流程-------------------------------33 Top-Down 设计--------------------------------------------37 样品制作及物料认证--------------------------------------38 DR Checksheet-------------------------------------------39 样品确认及量产准备--------------------------------------42 BLU 背光源构造及设计 BLU 结构介绍---------------------------------------------45 BLU 的工作原理-------------------------------------------46 遮光膜介绍(Shading Tape)--------------------------------47 增光膜介绍(Prism Sheet)---------------------------------48 扩散膜介绍(Diffuser)------------------------------------53中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第2页

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4.6 4.7 4.8 4.9导光板介绍(LGP)-----------------------------------------55 反射膜介绍(Reflector)-----------------------------------63 光学膜搭配效果对比--------------------------------------68 3M 光学膜专利介绍----------------------------------------704.10 LED 灯介绍-----------------------------------------------72 4.11 BLU 设计流程及标准---------------------------------------78 4.12 BLU DR Checksheet----------------------------------------98 4.13 BLU 常见不良及品质标准-----------------------------------99 第五章 FPA 柔性电路板构造及设计 5.1 FPA 介绍及发展-------------------------------------------106 5.2 FPA 的结构-----------------------------------------------109 5.3 FPA 接口类型---------------------------------------------110 5.4 FPA 常用材料及性能---------------------------------------111 5.5 FPA 生产流程及表面处理-----------------------------------113 5.6 FPA 的设计标准-------------------------------------------115 5.7 FPA DR Checksheet----------------------------------------125 5.8 FPA 供应商生产工艺能力-----------------------------------125 5.9 FPA 常见不良---------------------------------------------128 5.10 连接器介绍----------------------------------------------130 5.11 FPA 的品质标准-------------------------------------------135 5.12 FPA 的信赖性要求-----------------------------------------136 5.13 常用单位换算---------------------------------------------137 第六章 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 第七章 7.1 TP 触摸屏构造及设计 TP 的介绍-----------------------------------------------139 TP 的分类-----------------------------------------------140 电阻式 TP 的结构----------------------------------------145 电阻式触摸屏与电容式触摸屏的对比-----------------------146 TP 的生产流程-------------------------------------------147 TP 设计标准---------------------------------------------147 TP 的规格书及制程能力-----------------------------------152 TP 的常见不良及品质标准---------------------------------156 TP 的信赖性试验-----------------------------------------158 BZ 铁框设计 BZ 的介绍------------------------------------------------160中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第3页

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7.2 7.3 7.4 7.5 第八章 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 第九章 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 第十章 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9BZ 的材料------------------------------------------------160 BZ 的生产流程--------------------------------------------160 BZ 的结构设计要求----------------------------------------160 BZ 的常见不良及品质标准----------------------------------163 偏光片介绍及设计 偏光片介绍---------------------------------------------166 偏光片的结构-------------------------------------------169 偏光片的特性-------------------------------------------169 偏光片的设计标准---------------------------------------171 偏光片的常见不良及品质标准-----------------------------172 偏光片的评估-------------------------------------------173 偏光片组装要求-----------------------------------------181 偏光片的信赖性试验要求---------------------------------181 偏光片的发展新技术-------------------------------------183 辅料设计 ACF 介绍------------------------------------------------185 ACF 设计------------------------------------------------192 ACF 使用及保存------------------------------------------193 绝缘胶水介绍-------------------------------------------194 绝缘胶水的涂布要求和用量计算---------------------------195 胶带导电布泡棉设计及其他辅料设计-----------------------197 吸塑盘及包装设计 吸塑盘介绍--------------------------------------------201 吸塑盘的材料------------------------------------------201 吸塑制品的分类----------------------------------------202 吸塑制品的相关术语------------------------------------203 吸塑盘的模具------------------------------------------203 吸塑盘的设计------------------------------------------205 TFT 专用吸塑盘----------------------------------------209 半成品通用吸塑盘--------------------------------------210 吸塑盘的常见不良及品质要求----------------------------21110.10 真空包装袋--------------------------------------------212 10.11 其他包装----------------------------------------------212 10.12 海绵条珍珠棉------------------------------------------213中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第4页

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10.13 包装箱的要求及设计------------------------------------213 10.14 包装箱的信赖性试验------------------------------------215 10.15 塑料制品的经典及防治----------------------------------217 10.16 常用包装材料特性对比表--------------------------------221 第十一章 信赖性试验 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 第十三章 第十四章 信赖性试验的目的及分类--------------------------------223 气候性试验--------------------------------------------223 机构性试验--------------------------------------------224 TP 触摸屏寿命试验--------------------------------------225 手机跌落试验------------------------------------------225 其他试验----------------------------------------------226 常用试验仪器------------------------------------------227 Hot-Spot 光斑不良及改善------------------------------230 光柱不良及改善---------------------------------------231 漏光不良及改善---------------------------------------231 Newton Ring 牛顿环不良及改善-------------------------233 Pixel Moire 不良及改善-------------------------------234 TP 水印不良及改善------------------------------------235 假纯屏项目不良及改善---------------------------------236 TP 移位脱落不良及改善--------------------------------237 项目文档实例-----------------------------------------239 附录第十二章 常见设计不良分析与对策附录 1: 常用光学膜表---------------------------------------280 附录 2: 常用 LED 表-----------------------------------------285 附录 3: 常用 TAPE 胶带表------------------------------------289 附录 4: LCD 专业名词术语解释--------------------------------294中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第5页

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第1章LCD 液晶显示屏介绍主要内容 液晶显示发展历史 显示分类及特性 LCD 专业名词术语解释 LCD 显示屏的特点 LCD 显示屏的应用中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第6页

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1.1 液晶显示发展历史 1. 液晶的历史 A．发现阶段 1888 年，由奥地利植物学家 F.Reinitzer 发现。 1889 年，由德国物理学家 Otto Lehmann 命名为“液晶” 。 B．发展阶段 1963 年，美国 RCA 公司提出把液晶应用在显示器上的提案。 1969 年，合成常温液晶（MBBA） 。 C．应用阶段 1973 年，钟表，桌式电脑出现。 1979 年，出现游戏机，1-6mm 的卡电机。 1982 年，出现检测器。 1984 年，应用于 2inch TFT 彩色液晶电视机。 1986 年，应用于 STN 打字电脑。 1988 年，应用于 3-14inch TFT 彩色液晶电视机。 1989 年，应用于 100inch 彩色液晶电视机，笔记本电脑。 1990 年，应用于 10inch 彩色液晶笔记本电脑。 1994 年，21 inch TFT 投入试产（Sharp） 。14inch 彩色 STN LCD 投入试产。 现在：液晶显示技术得到空前的发展和广泛的应用。（F．Reinitzer 1857-1927）（Otto Lehmann 1855-1922）中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第7页

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2. 液晶的种类 A. 液晶的状态固体 液体 气体液晶液晶是一种界于液体与固体之间的物质, 随温度变化在液体相与固体相间发 生变化，主要结构为中间部分为苯环两端连接上-CN，-F，的结构。 B. 液晶的分子结构R1CH=NR2C. 液晶的种类 现有的液晶存在三种状态，目前 LCD 主要使用的是 Nematic 状态的液晶。中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第8页

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向列相液晶：Nematic 分子种类的重心混乱无序，使其像普通液体一样可以 流动，但分子杆的指向矢大体一致。 进晶相液晶：Smectic LC 分子形成一层一层的结构，分子层的厚度大约是一 个分子的长度；分子垂直于分子层平面排列，分子的重心在分子层中是无序 的，形成一层层的二维流体。 胆甾相液晶：Cholesteric 分子的重心排列是无序的，但分子的指向矢在一 个平面内大致指向一个方向。在垂直于这个平面上的方向上，分子的指向矢 会旋转行程螺旋结构。 1.2 显示分类及特性 1. 按自发光和接收外部光源的分类LCD（Liquid Crystal Display） 受光型显示器 LED（Electro Chemical Display） 显示器CRT（Cathode Ray Tube） VFD（Vacuum Fluorescent Display） 发光型显示器 LED（Light Emitting Diode） PDP（Plasma Display Panel） ELD（Electro Lumineescent Display）中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第9页

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2. 按驱动方式的分类2端子形（Metal／Insulator／Metal，MIM ） 主动矩阵驱动 (Active Matrix) LCD TN（Twist Nematic） SBE（Super-twisted Birefringence Effect） 静态单纯矩阵驱动 (Static/Simple Matrix) ECB（Electrically Controlled Birefringence） FLC（Ferroelectric Liquid Crystal） STN（DSTN，FSTN） 3端子形TFT（CdSe, a-Si, p-Si）3. 各种显示屏的特点特性项目 表示方法 动作电压（V） 消费电力 答应速度 表示 SIZE 大小 视角 温度范围 （℃） 寿命时间 （HR） LSI 驱动容易 CONTRAST 颜色 LED 发光 2 高 快 小-中-大 小 一般 40—80 长 易 一般 各种 PDP 发光 212—300 低 快 中-大 薄型 好 40—85 一般 易 一般 各种 EL 发光 190—200 高 快 小-中-大 薄型 一般 30—80 一般 易 好 各种 CRT 发光 10—30KV 高 很快 小-中-大 体积大 好 -20—70 较长 × 好 各种 LCD 受光 1.5—15 一般 快 小-中-大 薄型 好 -10—85 一般 易 好 各种1.3 LCD 专业名词术语 LCD： （LIQUID CRYSTAL DISPLAY）液晶显示 LCM： （LIQUID CRYSTAL MODULE）液晶模组 TN： （TWISTED NEMATIC）扭曲向列。液晶分子地扭曲取向偏转 90° STN： （SUPER TWISTED NEMATIC）超级扭曲向列。约 180~270° CSTN：Color STN中小尺寸液晶显示模组介绍及设计 第 10 页

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UFB: Ultra Fine Brightness UFC: Ultra Fine Contrast FSTN（FORMULATED SUPER TWISTED NEMATIC）格式化超级扭曲向列。一层 光程补偿片加于 STN，用于单色显示。 TFT： （THIN FILM TRANSISTOR）薄膜晶体管 BLACK LIGHT：背光源 INVERTER：逆变器 OSD： （ON SCREEN DISPLAY）在屏上显示 DVI： （DIGITAL VISUAL INTERFACE）数字接口 TMDS： （TRANSITION MINIMIZED DIFFERENTIAL SIGNALING LVDS： （LOW VOLTAGE DIFFERENTIAL SIGNALING）低压差分信号 IC： （INTEGRATE CIRCUIT）集成电路 TCP： （TAPE CARRIER PACKAGE）柔性线路板 COB： （CHIP ON BOARD）通过绑定将 IC 裸片固定于线路板上 COF： （CHIP ON FPC）将 IC 固定柔性线路板上 COG： （CHIP ON GLASS）将芯片固定于玻璃上 DUTY：占空比，高出点亮的阀值电压的部分在一个周期中所占的比率 LED： （LIGHT EMITTING DIODE）发光二极管 EL： （ELECTRO LUMINESCENCE）电致发光。EL 层高分子量薄片构成 CCFL： （CCFT）COLD CATHODE FLUORESCENT LIGHT/TUBE 冷阴极荧光灯 PDP： （PLASMA DISPLAY PANEL）等离子显示屏 CRT： （CATHODE RADIAL TUBE）阴极射线管 VGA： （VIDEO GRAPHIC ARRAY）视频图形阵列 PCB： （PRINTED CIRCUIT BOARD）印刷电路板 S-VIDEO：S 端子，与复合视频信号比，将对比和颜色分离传输 NTSC： （NATIONAL TELEVISION SYSTEMS COMMITTEE） PAL： （PHASE ALTERMATING LINE ）逐行倒相制式） SECAM： （SEQUENTIAL COULEUR MEMOIRE ） VOD： （VIDEO ON DEMAND）视频点播 DPI： （DOT PER INCH）点每英寸 1.4 LCD 显示屏的特点 低电压驱动 低消耗电流 体积小，重量轻，越来越薄 大小尺寸面积均可以 技术成熟，成本低 视角大，可做到全视角显示 使用受到温度限制大 需要外接背光源中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 11 页

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1.5 LCD 显示屏的应用手机，PPCGPS，MP3，MP4，移动电视PSP，掌上游戏机车载系统电子手表液晶电视中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 12 页

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1.6 广视角技术介绍 MVA 宽视角 Multi-domain Vertical Alignment，以富士通，奇美，友达光电。 MVA（Multi-domain Vertical Alignment）模式的液晶显示器，其液晶分子长轴 在未加电时不像 TN 模式那样平行于屏幕，而是垂直于屏幕，并且每个像素都是 由多个这种垂直取向的液晶分子畴组成。当电压加到液晶上时，液晶分子便倒向 不同的方向。这样从不同的角度观察屏幕都可以获得相应方向的补偿，也就改善 了可视角度。 IPS 宽视角 In-Plane Switching，以日立，LG 飞利浦。 跟 MVA 广视角技术一样，IPS（In Plane Switching）模式的广视角技术也是在 液晶分子长轴取向上做文章， 不同的是应用 IPS 广视角技术的液晶显示让观察者 任何时候都只能看到液晶分子的短轴， 因此在各个角度上观看的画面都不会有太 大差别，这样就比较完美地改善了液晶显示器的视角。 PVA 宽视角 Patterned Vertical Alignment，三星电子。 OCB 宽视角 Optical Compensated Birefringence，日本松下。 OCB（Optically Compensated Bend/Optical Compensated Birefringence，光 学补偿弯曲排列/光学补偿双折射）广视角技术利用其设计巧妙的液晶分子排列 来实现自我补偿视角，所以它又叫自补偿模式。 在自补偿和双轴光学膜的补偿下，OCB 模式的液晶可以实现不错的可视角度，而 且视角均匀性非常好。如图，在不同的方位也不会出现 TN 模式固有的灰阶逆转 现象。FFS 宽视角 Fringe Field Switching，韩国现代，京东方。 如同 PVA 模式跟 MVA 模式的关系一样，FFS（Fringe Field Switching）严格来 说应该 IPS 模式的一个分支，主要改进是采用透明电极以增加透光率。相对于已 经比较完美的 IPS 模式，FFS 可谓是“百尺竿头，更进一步”。中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 13 页

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第一代 FFS 技术主要解决 IPS 模式固有的开口率低造成透光少的问题， 并降低了 功耗。第二代 FFS 技术（Ultra FFS）改善了 FFS 色偏现象，并缩短了响应时间。 第三代 FFS 技术（Advanced FFS）则在透光率、对比度、亮度、可视角度、色差 上均有明显提高。 ASV 宽视角 Advanced Super View，日本夏普（CPA） 。 夏普 CPA（Continuous PineWheel Alignment）技术即“连续焰火状排列技术”。 Extra view 宽视角 日本 NEC。中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 14 页

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广视角技术的对比：中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 15 页

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第2章中小尺寸 LCM 结构及生产介绍主要内容: LCM 结构介绍 LCM 生产工艺流程 LCM 生产 Checksheet LCM 常见不良及品质标准中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 16 页

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2.1 LCM 结构介绍1． TP Touch Panel 触摸屏，常见的是 4 线式电阻触摸屏。用户可直接使用触摸笔或者 手指进行操作。 详细介绍请参考本书第六章。 2． TFT Panel 为整个显示模组提供显示的 panel，也是显示模组最重要的组成部分，Panel 的 性能决定了其显示效果，高解析度，高对比度，高色彩还原性，相应时间快，透 过型，半透过型等特性。 显示屏尺寸发展 LCD Panel 厂的世代更替是以其玻璃基板的尺寸来划分的。第 1 代 TFT-LCD 生产线的玻璃基板尺寸为 300mm×400mm—320 mm×400mm,其后每一代的工厂 的玻璃基板尺寸都比前一代递增,到了第 3 代即变为 5XXmm×6XXmm,6XXmm×7 XXmm 则为 3.5 代生产线,4 代线则为 6XXmm×8XXmm—7XXmm×9XXmm(也有将此 规格划为 4.5 代的),5 代厂则有 1000mm×1200mm 和 1100mm×1250mm 两种规 格。中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 17 页

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以全球最大的玻璃基板生产厂商康宁为例,其各代玻璃基板的尺寸如下: G8: 2160mm×2460mm G7: 1870mm×2200mm G6: 1500mm×1800mm G5: 1100mm×1250mm G4: 680mm×880mm G3: 550mm×650mm G2: 370mm×470mm G1: 300mm×400mmPanel Generation G2 370*470 550*650 G3 G3.5 G3.5 G4 G4.5 G5 G5 G5 G5 G5.5 G6 G6 G7 G7.5 G8 G9 G10 G11 600*720 620*720 620*750 680*880 730*920 1000*1200 1100*1250 1100*1300 1200*1300 1300*1500 1500*1800 1500*1850 1870*2200 1950*2250 2160*2400 2400*2800 2880*3110 待定尺寸主要厂商 LPL,Hydis,TMD,SEC,NEC etc. HS,CPT,LPL,SEC,SHARP,NEC,SANYO etc. Hydis,SEC,AUO,CMO TPO,QDI AUO,CMO,CPT,LPL,SHARP,SANYO etc. SEC,TMD,CPT,TM,BOE etc. LPL SEC,LPL,AUO CMO,SEC,SVA,AUO,BOE,CMO etc. HS CMO SHARP,IPS LPL,AUO,CPT,HS SEC,S-LCD LPL,CMO,AUO SHARP,BOE SEC SHARP S-LCD(三星和索尼合资公司)显示屏主要供应商 目前液晶显示屏 panel 供应商主要以日韩台为主, 中国大陆目前仅有北京京东 方 BOE, 上广电, 深圳天马有生产线。 日本：TMD，SHARP，NEC，Sanyo，Kyocera，Toshiba 等。 韩国：Samsung，LPL。中小尺寸液晶显示模组介绍及设计 第 18 页

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台湾：AUO，CMO，TPO，CPT，Hanstar，PVI 等。 香港：Varitronix 精电（Mono，STN） ，Truly。 中国大陆：京东方 BOE，上广电 SVA。 3． BZ BZ 即 Bezel 俗称铁框， 常用不锈钢 SUS304 系列材料。 厚度常用 0.1， 0.15， 0.2， 0.3，0.5mm 或其他厚度。 BZ 的主要作用是加强液晶显示模组的结构，保护相应部件，减小外力的冲击等， 通常在结构，厚度和价格允许的条件下，可设计上下两个铁框，可使整个产品均 处于铁框的保护之内。 详细介绍请参考本书第六章。 4． BLU Back Light Unit 即背光源，主要作用是为非自发光的 Panel 提供照明。中小尺 寸基本都采用各色 LED 光源，目前，在大尺寸也开始使用 LED 背光源，如 LED 笔 记本，LED 液晶电视。 详细介绍请参考本书第四章。 5． FPA Flexible Printed Board Assembly。通常分为硬板，软板，软硬结合板三种。 FPA 柔性电路板的主要作用就是连接显示屏和主板，并用于安装各 IC 的外围电 路元件，以及其他所设计的零部件。可按照设计要求进行弯折和弯曲，厚度薄， 质量轻，加工容易。 详细介绍请参考本书第五章。 6． PCB Printed Circuit Board 硬性电路板。主要作用是连接显示屏和主板，安装其他 元器件或与其他零部件连接。通常可以做到 4 层，8 层，10 层，20 层线路等。 详细介绍请参考本书第五章。 7． 胶带 胶带一般分为三种：粘贴用单面或双面胶带，绝缘胶带，导电胶带。可根据设计 要求的不用使用各合适性能，厚度的材料。 上图中的胶带为双面胶带，用来连接背光源和 PCB 板。 8． 辅料 导电布，泡棉，胶带或客户指定的一些非重要物料统称为辅料。可根据设计的要 求或客户要求来设计或组装。 2.2 LCM 生产工艺流程 液晶显示模组生产流程主要是以下几个步骤： A．清洗 Panel B．附贴偏光片中小尺寸液晶显示模组介绍及设计 第 19 页

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手工附贴 C．COG Bonding半自动机器附贴ACF 附贴D．FPA HS 热压中小尺寸液晶显示模组介绍及设计第 20 页

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