劉志軍

(廣州航海學(xué)院 船舶工程系，廣東 廣州 510725)

TFT LCD 電性能測(cè)試ITO短路缺陷檢測(cè)研究

劉志軍

(廣州航海學(xué)院 船舶工程系，廣東 廣州 510725)

基于TFT LCD面板shorting bar testing的原理對(duì)中小尺寸TFT LCD測(cè)試線路的布線類型進(jìn)行分類以分析面板各布線類型下C區(qū)短路缺陷的檢測(cè)效果。對(duì)不同的測(cè)點(diǎn)模式給出相對(duì)應(yīng)的測(cè)試工藝，有助于TFT LCD面板shorting bar testing時(shí)對(duì)C區(qū)短路缺陷的檢測(cè)結(jié)果是否異常進(jìn)行判別?；诶碚摲治龅慕Y(jié)果設(shè)計(jì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析非常吻合的結(jié)論表明對(duì)ITO短路檢測(cè)工藝分析正確有效。

點(diǎn)燈測(cè)試；TFT LCD；ITO短路

ITO(Indium in Oxide)一般指透明導(dǎo)電薄膜，而在TFT LCD上游行業(yè)ITO主要指ITO刻蝕電路，而在TFT LCD切粒灌行業(yè)ITO專指液晶面板非顯示區(qū)(行業(yè)慣稱C區(qū))的ITO刻蝕電路[1-3]。在TFT LCD生產(chǎn)過程中，TFT LCD光板(指未綁定IC前的面板)電性能測(cè)試是生產(chǎn)過程的一道重要品檢工序。在LCD面板灌晶、封裝和切片后需進(jìn)行綜合電性能的檢測(cè)，把不良品篩選出來以防不良品進(jìn)入下道IC綁定工序和COG工序[4]。TFT LCD綜合電性能缺陷就顯示區(qū)而言(A區(qū))主要存在的缺陷有Mura、缺劃、斷路、短路、亮點(diǎn)、連線和滅點(diǎn)等[5-6]，缺陷產(chǎn)生根源在于LCD制造過程?hào)艠O、源極的斷、短路，以及LCD盒中混入異物及LCD材料異常等；就C區(qū)而言，主要有C區(qū)ITO線路的短、斷路。目前產(chǎn)業(yè)界對(duì)A區(qū)哪些缺陷類型能被檢出比較明確，而對(duì)C區(qū)哪些缺陷類型能被檢出非常模糊，特別是C區(qū)的短路缺陷。目前TFT LCD越做越薄，隨之ITO保護(hù)層也越做越薄，并已出現(xiàn)C區(qū)ITO On Cell技術(shù)。C區(qū)ITO很容易被劃傷而出現(xiàn)斷、短路缺陷，近年C區(qū)缺陷比例越來越高。TFT LCD點(diǎn)燈測(cè)試法對(duì)C區(qū)有些短路缺陷是檢測(cè)不到的，問題是產(chǎn)業(yè)界對(duì)C區(qū)哪種類型的短路能檢出與未能檢出還沒有科學(xué)的認(rèn)識(shí)。

本文擬基于點(diǎn)燈測(cè)試原理對(duì)TFT LCD測(cè)試線路的布線類型進(jìn)行分類，分析各種布線類型下C區(qū)短路缺陷的檢出效果，并給出對(duì)應(yīng)的測(cè)試畫面以助于TFT LCD點(diǎn)燈測(cè)試工程師對(duì)C區(qū)短路缺陷的檢出結(jié)果是否異常進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，最后基于理論分析的結(jié)果設(shè)計(jì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證ITO短路檢測(cè)分析的結(jié)論。

1 TFT LCD 點(diǎn)燈測(cè)試原理

1.1 測(cè)試基本原理

TFT LCD每個(gè)像素相當(dāng)于一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，圖1為多個(gè)TFT LCD單像素的等效電路圖及其點(diǎn)燈測(cè)試線路。點(diǎn)燈測(cè)試是在面板未綁定驅(qū)動(dòng)IC前，通過測(cè)試信號(hào)點(diǎn)模擬輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)液晶的一道工序，液晶驅(qū)動(dòng)后會(huì)顯示一些畫面，如黑、灰、白、紅、綠和藍(lán)等(圖2為黑畫面的驅(qū)動(dòng)timing)，異常像點(diǎn)在不同畫面下其顯示效果與其他正常像點(diǎn)會(huì)呈明顯差異，從而通過人眼目視或機(jī)器視覺可判斷該像點(diǎn)是否異常。通過加載在液晶上的壓差(即電容Clc間的壓差)控制液晶的扭轉(zhuǎn)角度，扭轉(zhuǎn)角度大小決定液晶的透光量，透光量又決定液晶顯示畫面的灰度，圖1中測(cè)試信號(hào)輸入點(diǎn)Gc為場(chǎng)效應(yīng)管Gate的信號(hào)輸入點(diǎn)(場(chǎng)效應(yīng)管G點(diǎn)的值與其一致)；測(cè)試信號(hào)輸入點(diǎn)Sc為場(chǎng)效應(yīng)管Source的信號(hào)輸入點(diǎn)(場(chǎng)效應(yīng)管S點(diǎn)的值與其一致)；測(cè)試信號(hào)輸入點(diǎn)Vc為場(chǎng)效應(yīng)管Vcom的信號(hào)輸入點(diǎn)(場(chǎng)效應(yīng)管Vcom點(diǎn)的壓值與其一致)。由場(chǎng)效應(yīng)管的特性可知，測(cè)試信號(hào)輸入點(diǎn)Gc為某正電壓時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管S點(diǎn)和D點(diǎn)導(dǎo)通，液晶上的壓差(電容Clc間的壓差)取決于測(cè)點(diǎn)Sc和Vc之間的壓差。圖1中點(diǎn)燈測(cè)試就是通過控制測(cè)試點(diǎn)Sc、Vc和Gc來控制液晶的扭轉(zhuǎn)壓差(即電容Clc間的壓差)，把液晶點(diǎn)亮。

圖1 單點(diǎn)LCD等效電路圖及其點(diǎn)燈測(cè)試線路布線示意圖

圖2 驅(qū)動(dòng)timing

點(diǎn)燈測(cè)試領(lǐng)域一般把圖1中ABCD區(qū)稱為顯示區(qū)(A區(qū))，把ABCD之外的區(qū)域稱為非顯示區(qū)(ITO區(qū)或C區(qū))，本文重點(diǎn)討論ITO區(qū)的短路檢出情況，具體分為4類： 1)Source 驅(qū)動(dòng)IC至A區(qū)的線路間短路(如線路R1S1和線路G1S3之間的短路)，原理圖上顯示二者之間距離較大，實(shí)際間距僅為幾個(gè)微米，制造過程極易出現(xiàn)短路；2)線路S1S2和線路S3S4之間的短路；3)Gate驅(qū)動(dòng)IC至A區(qū)的線路間短路(如線路N1G5和線路N2G7之間的短路)；4)線路G1G5和線路G4G7之間的短路。圖1描述的是最基本的TFT LCD點(diǎn)燈測(cè)試線路，這種測(cè)試布線檢出效果較差，實(shí)際工程的測(cè)試布線比圖1復(fù)雜，布線類型種類也很多。

1.2 TFT點(diǎn)燈測(cè)試線路類型

基于中小尺寸TFT點(diǎn)燈測(cè)試輔助電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的不同，測(cè)試模式主要分為4點(diǎn)模式、5點(diǎn)模式、6點(diǎn)模式、7點(diǎn)模式和9點(diǎn)模式，不同的測(cè)試輔助電路結(jié)構(gòu)對(duì)ITO區(qū)短路缺陷的檢出效果不同，具體見表1(其中Gc表示Gate；Sc表示Source；Vc表示Vcom；Wc表示Switch；X表示檢測(cè)不出；V表示檢測(cè)出)。

表1 不同測(cè)試輔助電路布線模式短路檢出情況

由圖1的4點(diǎn)測(cè)試模式時(shí)，當(dāng)Vc置高電平時(shí)，所有的Gc信號(hào)短路在一起，Sc信號(hào)短路在一起，此情況下面板只能顯示灰階畫面，不能顯示R、G和B彩色畫面和水平奇偶行畫面，因此只能檢測(cè)整體顯示效果，ITO四種短路缺陷都無法檢出。

5點(diǎn)模式與4點(diǎn)模式的區(qū)別在于Gate信號(hào)線分成奇、偶線，第2n+1奇線與G_O測(cè)點(diǎn)連在一起，第2n根偶線與G_E連在一起(見圖3，G_O即Gate_ODD，G_E即Gate_EVEN)。當(dāng)Vc置高電平時(shí)，第2n+1奇線與G_O短路在一起，第2n偶線與G_E短路在一起。此測(cè)試電路布線結(jié)構(gòu)能分別實(shí)現(xiàn)橫奇線畫面和橫偶線畫面，這種測(cè)試模式能夠測(cè)試A區(qū)Gate短路缺陷，但I(xiàn)TO 4種短路仍無法檢測(cè)。

圖3 5點(diǎn)模式點(diǎn)燈測(cè)試輔助電路布線示意圖

6點(diǎn)模式與5點(diǎn)模式的區(qū)別在于把Source信號(hào)線分成奇、偶線，第2n+1根Source線與S_O連在一起，第2n根Source線與S_E測(cè)點(diǎn)連在一起(見圖4)。當(dāng)Vc置高電平時(shí)，Source第2n+1線與S_O短路在一起，2n線與S_E短路在一起，因此測(cè)試畫面能呈現(xiàn)豎線奇行畫面和豎線偶行畫面，短路類型1)和2)出現(xiàn)時(shí)，測(cè)試畫面不呈均勻的豎線奇、偶行畫面，而短路異常在顯示區(qū)呈現(xiàn)黑線較寬異常現(xiàn)象，因此C區(qū)1)和2)短路類型能被檢出。

7點(diǎn)模式與6點(diǎn)模式的區(qū)別在于把S_O、S_E線改為S_R、S_G和S_B線。當(dāng)Vc置高電平時(shí)，Source第3n+1線與S_R連在一起，第3n+2根線與S_G測(cè)點(diǎn)連在一起， 第3n+3線與S_B短路在一起(具體見圖5)。這樣通過改變S_R、S_G和S_B的測(cè)試信號(hào)壓值可獲得紅、綠、藍(lán)和灰度畫面。C區(qū)短路類型1)和2)出現(xiàn)時(shí)，在紅、綠和藍(lán)測(cè)試畫面不呈均勻的紅、綠和藍(lán)畫面，而在缺陷線路對(duì)應(yīng)的顯示區(qū)呈現(xiàn)彩色豎線，因此類型1)和2)能被檢測(cè)到。

9點(diǎn)模式與7點(diǎn)模式的區(qū)別在于把G_O測(cè)點(diǎn)改成G_1和G_3、G_E線改為G_2、和G_4。當(dāng)Vc置高電平時(shí)，Gate驅(qū)動(dòng)線第4n+1線與G_1測(cè)點(diǎn)連在一起，第4n+2根線與G_2測(cè)點(diǎn)連在一起， 第4n+3根線與G_3測(cè)點(diǎn)連在一起，第4n+4根線與G_4測(cè)點(diǎn)連在一起(見圖6)。這樣通過改變G_1、G_2、G_3 和G_4信號(hào)值可以獲得4種斑馬線：其一是當(dāng)G_1為高電平，G_2、G_3和G_4測(cè)點(diǎn)為低電平時(shí)，只有4n+1行的LCD像點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，其他行的像點(diǎn)不驅(qū)動(dòng)，即出現(xiàn)每隔3行亮1條橫線的斑馬線測(cè)試畫面，其他3種情況類似。當(dāng)C區(qū)缺陷3)和4)情況出現(xiàn)時(shí)，畫面不是正常的隔3行亮1條橫線，而在缺陷行對(duì)應(yīng)的顯示區(qū)出現(xiàn)隔2行亮2條橫線的斑馬線現(xiàn)象。因此類型3)和4)能被檢出。

圖4 6點(diǎn)模式點(diǎn)燈測(cè)試輔助電路布線示意圖

圖5 7點(diǎn)模式點(diǎn)燈測(cè)試測(cè)試輔助電路布線示意圖

圖6 9點(diǎn)模式點(diǎn)燈測(cè)試輔助電路布線示意圖

2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

以上已從點(diǎn)燈測(cè)試的測(cè)試輔助電路布線分析了ITO短路檢出情況，下面設(shè)置測(cè)試參數(shù)，獲得相關(guān)的測(cè)試畫面對(duì)以上分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)原理：從TFT LCD切粒灌廠挑選5種測(cè)試輔助電路結(jié)構(gòu)類型的TFT LCD面板。其中各型號(hào)面板的4種ITO短路類型光板各準(zhǔn)備55片，各面板的短路類型及短路位置在顯微鏡下經(jīng)過鏡檢確認(rèn)，并標(biāo)記。對(duì)不同型號(hào)光板的不同ITO短路類型依照以上測(cè)試原理分析的結(jié)論設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試參數(shù)。如果在特定的測(cè)試畫面，ITO短路檢測(cè)結(jié)果和表1分析一致，則表明以上分析是正確的。

點(diǎn)燈測(cè)試對(duì)象的型號(hào)、ITO短路類型見表2。對(duì)已知ITO短路類型的面板設(shè)定特定的測(cè)試畫面也見表2(表中X表示檢測(cè)不出，V表示能檢測(cè)出)。由于市場(chǎng)上4測(cè)點(diǎn)的面板幾乎不生產(chǎn)，故對(duì)4測(cè)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。

表2 測(cè)試對(duì)象的型號(hào)、ITO短路類型及測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

ITO短路檢測(cè)效果取決于點(diǎn)燈測(cè)試輔助電路結(jié)構(gòu)，5點(diǎn)測(cè)試模式對(duì)各種ITO短路缺陷類型都無效；對(duì)6點(diǎn)測(cè)試模型，設(shè)置合理的測(cè)試畫面及其參數(shù)能檢測(cè)出Source驅(qū)動(dòng)IC至顯示區(qū)之間的線路短路；7點(diǎn)測(cè)試模式的檢測(cè)效果與6點(diǎn)一致；9點(diǎn)測(cè)試模式對(duì)4種ITO短路缺陷都能檢出。

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Study on TFT LCD ITO Short-circuit Defect Detection by Shorting Bar Testing

LIU Zhijun

(DepartmentofShip-buildingEngineering，GuangzhouMaritimeInstitute，Guangzhou510725，China)

TFT LCD testing circuit wiring types are classified based on the principle of the TFT LCD shorting testing in this paper. Detection rate of short-circuit defects in C zone for all kind of testing line type has been analyzed， and the corresponding test images has been given. These can help TFT LCD shorting bar testing engineer to do reasonable judgment， testing results of C area short defects are correct or not. Testing experiment has been designed based on the results of theoretical analysis. The experimental results are consistent with theoretical analysis.

shorting bar testing； TFT LCD； Indium-Tin-Oxide electrode short

【本文獻(xiàn)信息】劉志軍.TFT LCD 電性能測(cè)試ITO短路缺陷檢測(cè)研究[J].電視技術(shù),2015，39(11).

廣東省教育廳科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2013KJCX0195)

TN321.5

A

10.16280/j.videoe.2015.11.012

責(zé)任編輯：閆雯雯

2015-01-16

劉志軍(1973— )，博士，副教授，主要從事測(cè)量技術(shù)及制造裝備的研究。