液晶盒點燈防護的研究

鄂爾多斯市源盛光電有限責任公司 張建平 張 靜 王志強 唐烏力吉白爾 崔辛超 劉 元

隨著顯示面板行業的快速發展，模組廠也不斷興起；模組工序直接影響著產品的良率，在液晶盒點燈測試時，檢測人員在檢測過程中存在異常下電的行為，導致液晶盒內靜電殘留無法釋放引起抖動不良；若輸入液晶盒內的信號有異常雜波，超過TFT擊穿電壓時MOS管就會擊穿，導致顯示異常。本文分別通過對點燈治具結構的升級及點燈程序的優化，在點燈治具上合入Source&VCOM短接模塊并加裝TVS管，增加快速放電程序，從而對液晶盒點燈檢測過程中起到防護作用。

液晶顯示面板主要由薄膜晶體管（Thin Film Transistor，TFT）和彩膜（Color Filter，CF）基板組成，成盒后就會進行點燈檢測，確認液晶盒是否存在不良；在點燈檢測過程中，首先通過點燈治具對液晶盒輸入信號，待液晶盒點亮后，分別通過不同灰階畫面（L0、L31、L64、L127）、白、紅、綠、藍畫面下進行檢測判斷液晶盒在不同的點燈畫面下是否存在不良。目前的點燈治具只是能夠通過對液晶盒輸入信號判斷是否點亮或存在不良，沒有對液晶盒本身有防護的作用，因此也不會考慮到在點燈檢測過程中可能引起的不良。

本文針對液晶盒點燈治具導致液晶盒內靜電殘留及TFT管子擊穿而引起的不良進行優化研究。基于抖動不良，通過對點燈治具結構及程序進行優化，實現了異常掉電時對液晶盒進行快速放電的功能，可避免模組后段工序點燈時出現抖動現象；基于異顯不良，通過對點燈治具進行升級優化，在每個信號輸出通道與GND之間并聯一個雙向TVS管，當雜波超過TVS管的擊穿電壓時，TVS迅速導通，使電流經TVS流到GND，避免大電流流經液晶盒擊穿TFT管子，達到保護液晶盒的作用。

1 抖動不良

1.1 抖動不良產生的原因

液晶盒點燈檢測時，檢測人員在檢測過程中液晶盒放置有偏差會導致其顯示異常，此時檢測人員通常會把點燈機壓頭直接抬起進行重新對位點燈（正常流程：我們需要將畫面全部切完或按關機鍵然后再抬壓頭更換液晶盒），由于目前使用液晶盒點燈治具都沒有快速放電功能，點燈中直接抬壓頭會導致液晶盒內靜電殘留，將該液晶盒繼續制為模組時點燈檢測會出現抖動現象。

圖1 接地放電

圖2 極化電場形成

圖3 明暗變化

圖4 快速放電程序

圖5 Source&VCOM短接接地

1.2 抖動不良產生的機理

正常下電時Gate拉高，像素通過Source、VCOM接地放電（如圖1所示），但由于液晶盒點燈治具異常下電，Gate信號直接關閉，像素內的電荷無法釋放產生電荷殘留；液晶中的自由離子在殘留電場作用下聚集在液晶與PI膜界面，導致液晶極化形成極性電場（如圖2所示）；極性電場導致前后兩幀VCOM與Source間壓差不同，產生明暗變化（如圖3所示），即抖動不良。

1.3 針對抖動不良點燈治具及程序的改善措施

由于異常下電時Gate瞬間關閉像素內的電荷無法釋放，因此增加快速放電的程序，通過在執行Signal_Off前調用Discharge函數實現在下電時將GOA信號拉高，MUX也全開，所有Gate全部保持打開，放電更徹底，實測波形如圖4所示；當Gate瞬間關閉，電荷在儲存電容中無法有效釋放，而儲存電容是由Source與VCOM兩層金屬層構成，在下電時將Source & VCOM通過治具設計Discharge Switch實現接地放電（如圖5所示）；快速放電程序及Source &VCOM短接模塊均可將殘留電荷徹底釋放，最大程度上規避了由于液晶盒點燈治具引起的靜電殘留而導致抖動不良。

1.4 驗證結果

分別對60pcs產品進行點燈驗證，20pcs進行抬壓頭異常下電，20pcs使用正常點燈程序下電，20pcs使用合入Source&VCOM短接模塊及快速放電程序下電，點燈完成后將60pcs液晶盒制作為模組并進行灰階127畫面進行FLK測試，FLK值大于2時肉眼可見抖動。對比三種條件FLK測試數據（如圖6所示），通過數據可以看出合入Source&VCOM短接模塊及快速放電程序點燈下電的20pcs產品FLK值均小于2無抖動現象，使用正常程序點燈下電的20pcs產品中15pcs產品FLK值大于2存在抖動現象，使用異常抬壓頭下電的20pcs產品FLK值均大于2抖動現象明顯。經過點燈下電驗證可以確認增加Source&VCOM短接模塊及快速放電程序可預防抖動現象的發生。

圖6 液晶盒點燈不同下電方式對抖動的影響

圖7 液晶盒TFT MOS管擊穿

圖8 加裝TVS管后液晶盒點燈機構成

2 異顯不良

2.1 異顯不良產生的原因

目前由液晶盒點燈治具引起的異顯不良大多數為點燈過程中引入ESD（作業環境、作業手法、電源選取），導致液晶盒TFT MOS管被擊穿（如圖7所示）從而顯示異常。

2.2 異顯不良產生的機理

由于窄邊框設計深受用戶喜愛，考慮到布線空間的問題，液晶盒兩側GOA中的TFT也由之前雙柵結構改變為單柵結構，但是由于單柵結構的TFT抗靜電的能力差，在對液晶盒進行點燈檢測時，檢測信號的雜波及電源的選取會產生靜電，當其電壓大于液晶盒TFT MOS管的擊穿電壓時，它會通過點燈機的內部走線到PIN針傳到液晶盒從而擊傷液晶盒內部MOS管未加TVS管的治具進行點燈鏡檢驗證（如表1所示），使用未加裝TVS管的點燈治具檢測72pcs產品，未點燈前通過顯微鏡鏡檢TFT MOS管無擊傷，經過五次點燈后其中8pcs產品存在線不良（4pcs鏡檢可見MOS管擊傷），另外64pcs產品點燈無不良鏡檢發現有19pcs產品存在MOS管擊傷；使用加裝TVS管的點燈治具檢測77pcs產品，未點燈前通過顯微鏡鏡檢TFT MOS管無擊傷，經過五次點燈后均無不良且MOS管無擊傷現象發生。經過驗證液晶盒點燈治具并聯TVS管可有效規避ESD引入所造成的不良。

圖9 雙向TVS管對Panel保護電路示意圖

結論：本文基于液晶盒點燈治具引起的抖動及異顯不良進行優化研究，通過對點燈等器件導致顯示異常。

表1 加裝TVS管前后點燈驗證情況對比

2.3 針對抖動不良點燈治具的改善措施

通過將液晶盒點燈治具進行改進設計，在每個信號輸出通道與GND之間并聯一個雙向TVS管（如圖8所示），在正常工作狀態下TVS管呈高阻抗狀態，不影響線路的正常工作，當有異常的過電壓脈沖超過其擊穿電壓時，TVS由高阻狀態迅速（響應時間幾十納秒）變為低阻狀態，使流向被保護元器件的瞬間電流轉而分流到TVS管，同時把電壓精確的限制到一個安全的水平，當異常過電壓消失后，TVS立即恢復到高阻狀態（如圖9所示）。因此當點燈過程中的雜波超過TVS管的擊穿電壓時，TVS迅速導通，使電流經TVS流到GND，避免大電流流經液晶盒TFT，達到保護液晶盒的作用。

2.4 驗證效果

選取抗ESD能力較差的產品，對比加裝TVS管的治具與治具結構及程序進行優化，程序方面：通過在執行Signal_Off前調用Discharge函數實現在下電時將所有Gate全部保持打開，確保放電更徹底；治具方面：（1）增加Source&VCOM短接模塊，在下電時將Source & VCOM通過治具設計Discharge Switch實現接地放電；（2）并聯雙向TVS管，在每個信號輸出通道與GND之間并聯一個雙向TVS管，當雜波超過TVS管的擊穿電壓時，TVS迅速導通，使電流經TVS流到GND，避免大電流流經液晶盒擊穿TFT管子。通過驗證，以上優化措施可對液晶盒點燈檢測過程中起到防護作用。