TFT LCD 电性能测试ITO短路缺陷检测研究

刘志军

(广州航海学院 船舶工程系，广东 广州 510725)

TFT LCD 电性能测试ITO短路缺陷检测研究

刘志军

(广州航海学院 船舶工程系，广东 广州 510725)

基于TFT LCD面板shorting bar testing的原理对中小尺寸TFT LCD测试线路的布线类型进行分类以分析面板各布线类型下C区短路缺陷的检测效果。对不同的测点模式给出相对应的测试工艺，有助于TFT LCD面板shorting bar testing时对C区短路缺陷的检测结果是否异常进行判别。基于理论分析的结果设计测试实验，实验结果与理论分析非常吻合的结论表明对ITO短路检测工艺分析正确有效。

点灯测试；TFT LCD；ITO短路

ITO(Indium in Oxide)一般指透明导电薄膜，而在TFT LCD上游行业ITO主要指ITO刻蚀电路，而在TFT LCD切粒灌行业ITO专指液晶面板非显示区(行业惯称C区)的ITO刻蚀电路[1-3]。在TFT LCD生产过程中，TFT LCD光板(指未绑定IC前的面板)电性能测试是生产过程的一道重要品检工序。在LCD面板灌晶、封装和切片后需进行综合电性能的检测，把不良品筛选出来以防不良品进入下道IC绑定工序和COG工序[4]。TFT LCD综合电性能缺陷就显示区而言(A区)主要存在的缺陷有Mura、缺划、断路、短路、亮点、连线和灭点等[5-6]，缺陷产生根源在于LCD制造过程栅极、源极的断、短路，以及LCD盒中混入异物及LCD材料异常等；就C区而言，主要有C区ITO线路的短、断路。目前产业界对A区哪些缺陷类型能被检出比较明确，而对C区哪些缺陷类型能被检出非常模糊，特别是C区的短路缺陷。目前TFT LCD越做越薄，随之ITO保护层也越做越薄，并已出现C区ITO On Cell技术。C区ITO很容易被划伤而出现断、短路缺陷，近年C区缺陷比例越来越高。TFT LCD点灯测试法对C区有些短路缺陷是检测不到的，问题是产业界对C区哪种类型的短路能检出与未能检出还没有科学的认识。

本文拟基于点灯测试原理对TFT LCD测试线路的布线类型进行分类，分析各种布线类型下C区短路缺陷的检出效果，并给出对应的测试画面以助于TFT LCD点灯测试工程师对C区短路缺陷的检出结果是否异常进行准确的判断，最后基于理论分析的结果设计测试实验以验证ITO短路检测分析的结论。

1 TFT LCD 点灯测试原理

1.1 测试基本原理

TFT LCD每个像素相当于一个场效应管，图1为多个TFT LCD单像素的等效电路图及其点灯测试线路。点灯测试是在面板未绑定驱动IC前，通过测试信号点模拟输入驱动信号以驱动液晶的一道工序，液晶驱动后会显示一些画面，如黑、灰、白、红、绿和蓝等(图2为黑画面的驱动timing)，异常像点在不同画面下其显示效果与其他正常像点会呈明显差异，从而通过人眼目视或机器视觉可判断该像点是否异常。通过加载在液晶上的压差(即电容Clc间的压差)控制液晶的扭转角度，扭转角度大小决定液晶的透光量，透光量又决定液晶显示画面的灰度，图1中测试信号输入点Gc为场效应管Gate的信号输入点(场效应管G点的值与其一致)；测试信号输入点Sc为场效应管Source的信号输入点(场效应管S点的值与其一致)；测试信号输入点Vc为场效应管Vcom的信号输入点(场效应管Vcom点的压值与其一致)。由场效应管的特性可知，测试信号输入点Gc为某正电压时场效应管S点和D点导通，液晶上的压差(电容Clc间的压差)取决于测点Sc和Vc之间的压差。图1中点灯测试就是通过控制测试点Sc、Vc和Gc来控制液晶的扭转压差(即电容Clc间的压差)，把液晶点亮。

图1 单点LCD等效电路图及其点灯测试线路布线示意图

图2 驱动timing

点灯测试领域一般把图1中ABCD区称为显示区(A区)，把ABCD之外的区域称为非显示区(ITO区或C区)，本文重点讨论ITO区的短路检出情况，具体分为4类： 1)Source 驱动IC至A区的线路间短路(如线路R1S1和线路G1S3之间的短路)，原理图上显示二者之间距离较大，实际间距仅为几个微米，制造过程极易出现短路；2)线路S1S2和线路S3S4之间的短路；3)Gate驱动IC至A区的线路间短路(如线路N1G5和线路N2G7之间的短路)；4)线路G1G5和线路G4G7之间的短路。图1描述的是最基本的TFT LCD点灯测试线路，这种测试布线检出效果较差，实际工程的测试布线比图1复杂，布线类型种类也很多。

1.2 TFT点灯测试线路类型

基于中小尺寸TFT点灯测试辅助电路结构，根据测试点的不同，测试模式主要分为4点模式、5点模式、6点模式、7点模式和9点模式，不同的测试辅助电路结构对ITO区短路缺陷的检出效果不同，具体见表1(其中Gc表示Gate；Sc表示Source；Vc表示Vcom；Wc表示Switch；X表示检测不出；V表示检测出)。

表1 不同测试辅助电路布线模式短路检出情况

由图1的4点测试模式时，当Vc置高电平时，所有的Gc信号短路在一起，Sc信号短路在一起，此情况下面板只能显示灰阶画面，不能显示R、G和B彩色画面和水平奇偶行画面，因此只能检测整体显示效果，ITO四种短路缺陷都无法检出。

5点模式与4点模式的区别在于Gate信号线分成奇、偶线，第2n+1奇线与G_O测点连在一起，第2n根偶线与G_E连在一起(见图3，G_O即Gate_ODD，G_E即Gate_EVEN)。当Vc置高电平时，第2n+1奇线与G_O短路在一起，第2n偶线与G_E短路在一起。此测试电路布线结构能分别实现横奇线画面和横偶线画面，这种测试模式能够测试A区Gate短路缺陷，但ITO 4种短路仍无法检测。

图3 5点模式点灯测试辅助电路布线示意图

6点模式与5点模式的区别在于把Source信号线分成奇、偶线，第2n+1根Source线与S_O连在一起，第2n根Source线与S_E测点连在一起(见图4)。当Vc置高电平时，Source第2n+1线与S_O短路在一起，2n线与S_E短路在一起，因此测试画面能呈现竖线奇行画面和竖线偶行画面，短路类型1)和2)出现时，测试画面不呈均匀的竖线奇、偶行画面，而短路异常在显示区呈现黑线较宽异常现象，因此C区1)和2)短路类型能被检出。

7点模式与6点模式的区别在于把S_O、S_E线改为S_R、S_G和S_B线。当Vc置高电平时，Source第3n+1线与S_R连在一起，第3n+2根线与S_G测点连在一起， 第3n+3线与S_B短路在一起(具体见图5)。这样通过改变S_R、S_G和S_B的测试信号压值可获得红、绿、蓝和灰度画面。C区短路类型1)和2)出现时，在红、绿和蓝测试画面不呈均匀的红、绿和蓝画面，而在缺陷线路对应的显示区呈现彩色竖线，因此类型1)和2)能被检测到。

9点模式与7点模式的区别在于把G_O测点改成G_1和G_3、G_E线改为G_2、和G_4。当Vc置高电平时，Gate驱动线第4n+1线与G_1测点连在一起，第4n+2根线与G_2测点连在一起， 第4n+3根线与G_3测点连在一起，第4n+4根线与G_4测点连在一起(见图6)。这样通过改变G_1、G_2、G_3 和G_4信号值可以获得4种斑马线：其一是当G_1为高电平，G_2、G_3和G_4测点为低电平时，只有4n+1行的LCD像点驱动，其他行的像点不驱动，即出现每隔3行亮1条横线的斑马线测试画面，其他3种情况类似。当C区缺陷3)和4)情况出现时，画面不是正常的隔3行亮1条横线，而在缺陷行对应的显示区出现隔2行亮2条横线的斑马线现象。因此类型3)和4)能被检出。

图4 6点模式点灯测试辅助电路布线示意图

图5 7点模式点灯测试测试辅助电路布线示意图

图6 9点模式点灯测试辅助电路布线示意图

2 验证实验

以上已从点灯测试的测试辅助电路布线分析了ITO短路检出情况，下面设置测试参数，获得相关的测试画面对以上分析结果进行验证。

实验原理：从TFT LCD切粒灌厂挑选5种测试辅助电路结构类型的TFT LCD面板。其中各型号面板的4种ITO短路类型光板各准备55片，各面板的短路类型及短路位置在显微镜下经过镜检确认，并标记。对不同型号光板的不同ITO短路类型依照以上测试原理分析的结论设计相应的测试参数。如果在特定的测试画面，ITO短路检测结果和表1分析一致，则表明以上分析是正确的。

点灯测试对象的型号、ITO短路类型见表2。对已知ITO短路类型的面板设定特定的测试画面也见表2(表中X表示检测不出，V表示能检测出)。由于市场上4测点的面板几乎不生产，故对4测点的实验无法进行。

表2 测试对象的型号、ITO短路类型及测试结果

3 结论

ITO短路检测效果取决于点灯测试辅助电路结构，5点测试模式对各种ITO短路缺陷类型都无效；对6点测试模型，设置合理的测试画面及其参数能检测出Source驱动IC至显示区之间的线路短路；7点测试模式的检测效果与6点一致；9点测试模式对4种ITO短路缺陷都能检出。

[1] 江自然.ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展[J]. 材料开发与应用，2010(4)：68-71.

[2] 林鸿涛，刘伟. a-Si TFT-LCD制造工艺中的ITO返修工艺研究[J]. 现代显示，2006 (8)：24-26.

[3] 陈凯，丁芃. 液晶面板领域的中国专利申请状况分析[J].电视技术，2013，37(Z2)：155-158.[4] 李拥军，于涛，侯文卓，等.液晶测试信号源的设计与实现[ J].液晶与显示，2006，21(1)： 73-76.

[5] 唐惠玲，徐虎，翁文威，等.测试参数可视化设置的TFT-LCD电性能检测系统设计[J].液晶与显示，2012，12(6)：856-860.

[6] 唐惠玲，刘汉瑞，刘志军.一种TFT LCD可编程综合性能电测仪：中国，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

【本文献信息】刘志军.TFT LCD 电性能测试ITO短路缺陷检测研究[J].电视技术,2015，39(11).

广东省教育厅科技创新项目(2013KJCX0195)

TN321.5

A

10.16280/j.videoe.2015.11.012

责任编辑：闫雯雯

2015-01-16

刘志军(1973— )，博士，副教授，主要从事测量技术及制造装备的研究。