TFT LCD 電性能測試ITO短路缺陷檢測研究

劉志軍

(廣州航海學院 船舶工程系，廣東 廣州 510725)

TFT LCD 電性能測試ITO短路缺陷檢測研究

劉志軍

(廣州航海學院 船舶工程系，廣東 廣州 510725)

基于TFT LCD面板shorting bar testing的原理對中小尺寸TFT LCD測試線路的布線類型進行分類以分析面板各布線類型下C區(qū)短路缺陷的檢測效果。對不同的測點模式給出相對應的測試工藝，有助于TFT LCD面板shorting bar testing時對C區(qū)短路缺陷的檢測結(jié)果是否異常進行判別。基于理論分析的結(jié)果設計測試實驗，實驗結(jié)果與理論分析非常吻合的結(jié)論表明對ITO短路檢測工藝分析正確有效。

點燈測試；TFT LCD；ITO短路

ITO(Indium in Oxide)一般指透明導電薄膜，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、封裝和切片后需進行綜合電性能的檢測，把不良品篩選出來以防不良品進入下道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、連線和滅點等[5-6]，缺陷產(chǎn)生根源在于LCD制造過程柵極、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A區(qū)哪些缺陷類型能被檢出比較明確，而對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保護層也越做越薄，并已出現(xiàn)C區(qū)ITO On Cell技術。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點燈測試法對C區(qū)有些短路缺陷是檢測不到的，問題是產(chǎn)業(yè)界對C區(qū)哪種類型的短路能檢出與未能檢出還沒有科學的認識。

本文擬基于點燈測試原理對TFT LCD測試線路的布線類型進行分類，分析各種布線類型下C區(qū)短路缺陷的檢出效果，并給出對應的測試畫面以助于TFT LCD點燈測試工程師對C區(qū)短路缺陷的檢出結(jié)果是否異常進行準確的判斷，最后基于理論分析的結(jié)果設計測試實驗以驗證ITO短路檢測分析的結(jié)論。

1 TFT LCD 點燈測試原理

1.1 測試基本原理

TFT LCD每個像素相當于一個場效應管，圖1為多個TFT LCD單像素的等效電路圖及其點燈測試線路。點燈測試是在面板未綁定驅(qū)動IC前，通過測試信號點模擬輸入驅(qū)動信號以驅(qū)動液晶的一道工序，液晶驅(qū)動后會顯示一些畫面，如黑、灰、白、紅、綠和藍等(圖2為黑畫面的驅(qū)動timing)，異常像點在不同畫面下其顯示效果與其他正常像點會呈明顯差異，從而通過人眼目視或機器視覺可判斷該像點是否異常。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中測試信號輸入點Gc為場效應管Gate的信號輸入點(場效應管G點的值與其一致)；測試信號輸入點Sc為場效應管Source的信號輸入點(場效應管S點的值與其一致)；測試信號輸入點Vc為場效應管Vcom的信號輸入點(場效應管Vcom點的壓值與其一致)。由場效應管的特性可知，測試信號輸入點Gc為某正電壓時場效應管S點和D點導通，液晶上的壓差(電容Clc間的壓差)取決于測點Sc和Vc之間的壓差。圖1中點燈測試就是通過控制測試點Sc、Vc和Gc來控制液晶的扭轉(zhuǎn)壓差(即電容Clc間的壓差)，把液晶點亮。

圖1 單點LCD等效電路圖及其點燈測試線路布線示意圖

圖2 驅(qū)動timing

點燈測試領域一般把圖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))，本文重點討論ITO區(qū)的短路檢出情況，具體分為4類： 1)Source 驅(qū)動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，實際間距僅為幾個微米，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點燈測試線路，這種測試布線檢出效果較差，實際工程的測試布線比圖1復雜，布線類型種類也很多。

1.2 TFT點燈測試線路類型

基于中小尺寸TFT點燈測試輔助電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)測試點的不同，測試模式主要分為4點模式、5點模式、6點模式、7點模式和9點模式，不同的測試輔助電路結(jié)構(gòu)對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表示檢測不出；V表示檢測出)。

表1 不同測試輔助電路布線模式短路檢出情況

由圖1的4點測試模式時，當Vc置高電平時，所有的Gc信號短路在一起，Sc信號短路在一起，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，因此只能檢測整體顯示效果，ITO四種短路缺陷都無法檢出。

5點模式與4點模式的區(qū)別在于Gate信號線分成奇、偶線，第2n+1奇線與G_O測點連在一起，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Vc置高電平時，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。此測試電路布線結(jié)構(gòu)能分別實現(xiàn)橫奇線畫面和橫偶線畫面，這種測試模式能夠測試A區(qū)Gate短路缺陷，但ITO 4種短路仍無法檢測。

圖3 5點模式點燈測試輔助電路布線示意圖

6點模式與5點模式的區(qū)別在于把Source信號線分成奇、偶線，第2n+1根Source線與S_O連在一起，第2n根Source線與S_E測點連在一起(見圖4)。當Vc置高電平時，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，測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?，F(xiàn)象，因此C區(qū)1)和2)短路類型能被檢出。

7點模式與6點模式的區(qū)別在于把S_O、S_E線改為S_R、S_G和S_B線。當Vc置高電平時，Source第3n+1線與S_R連在一起，第3n+2根線與S_G測點連在一起， 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的測試信號壓值可獲得紅、綠、藍和灰度畫面。C區(qū)短路類型1)和2)出現(xiàn)時，在紅、綠和藍測試畫面不呈均勻的紅、綠和藍畫面，而在缺陷線路對應的顯示區(qū)呈現(xiàn)彩色豎線，因此類型1)和2)能被檢測到。

9點模式與7點模式的區(qū)別在于把G_O測點改成G_1和G_3、G_E線改為G_2、和G_4。當Vc置高電平時，Gate驅(qū)動線第4n+1線與G_1測點連在一起，第4n+2根線與G_2測點連在一起， 第4n+3根線與G_3測點連在一起，第4n+4根線與G_4測點連在一起(見圖6)。這樣通過改變G_1、G_2、G_3 和G_4信號值可以獲得4種斑馬線：其一是當G_1為高電平，G_2、G_3和G_4測點為低電平時，只有4n+1行的LCD像點驅(qū)動，其他行的像點不驅(qū)動，即出現(xiàn)每隔3行亮1條橫線的斑馬線測試畫面，其他3種情況類似。當C區(qū)缺陷3)和4)情況出現(xiàn)時，畫面不是正常的隔3行亮1條橫線，而在缺陷行對應的顯示區(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點模式點燈測試輔助電路布線示意圖

圖5 7點模式點燈測試測試輔助電路布線示意圖

圖6 9點模式點燈測試輔助電路布線示意圖

2 驗證實驗

以上已從點燈測試的測試輔助電路布線分析了ITO短路檢出情況，下面設置測試參數(shù)，獲得相關的測試畫面對以上分析結(jié)果進行驗證。

實驗原理：從TFT LCD切粒灌廠挑選5種測試輔助電路結(jié)構(gòu)類型的TFT LCD面板。其中各型號面板的4種ITO短路類型光板各準備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，并標記。對不同型號光板的不同ITO短路類型依照以上測試原理分析的結(jié)論設計相應的測試參數(shù)。如果在特定的測試畫面，ITO短路檢測結(jié)果和表1分析一致，則表明以上分析是正確的。

點燈測試對象的型號、ITO短路類型見表2。對已知ITO短路類型的面板設定特定的測試畫面也見表2(表中X表示檢測不出，V表示能檢測出)。由于市場上4測點的面板幾乎不生產(chǎn)，故對4測點的實驗無法進行。

表2 測試對象的型號、ITO短路類型及測試結(jié)果

3 結(jié)論

ITO短路檢測效果取決于點燈測試輔助電路結(jié)構(gòu)，5點測試模式對各種ITO短路缺陷類型都無效；對6點測試模型，設置合理的測試畫面及其參數(shù)能檢測出Source驅(qū)動IC至顯示區(qū)之間的線路短路；7點測試模式的檢測效果與6點一致；9點測試模式對4種ITO短路缺陷都能檢出。

[1] 江自然.ITO透明導電薄膜的制備方法及研究進展[J]. 材料開發(fā)與應用，2010(4)：68-71.

[2] 林鴻濤，劉偉. a-Si TFT-LCD制造工藝中的ITO返修工藝研究[J]. 現(xiàn)代顯示，2006 (8)：24-26.

[3] 陳凱，丁芃. 液晶面板領域的中國專利申請狀況分析[J].電視技術，2013，37(Z2)：155-158.[4] 李擁軍，于濤，侯文卓，等.液晶測試信號源的設計與實現(xiàn)[ J].液晶與顯示，2006，21(1)： 73-76.

[5] 唐惠玲，徐虎，翁文威，等.測試參數(shù)可視化設置的TFT-LCD電性能檢測系統(tǒng)設計[J].液晶與顯示，2012，12(6)：856-860.

[6] 唐惠玲，劉漢瑞，劉志軍.一種TFT LCD可編程綜合性能電測儀：中國，ZL200920052079.7 [P].2010-05-26.

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

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

廣東省教育廳科技創(chuàng)新項目(2013KJCX0195)

TN321.5

A

10.16280/j.videoe.2015.11.012

責任編輯：閆雯雯

2015-01-16

劉志軍(1973— )，博士，副教授，主要從事測量技術及制造裝備的研究。