液晶盒点灯防护的研究

鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司 张建平 张 静 王志强 唐乌力吉白尔 崔辛超 刘 元

随着显示面板行业的快速发展，模组厂也不断兴起；模组工序直接影响着产品的良率，在液晶盒点灯测试时，检测人员在检测过程中存在异常下电的行为，导致液晶盒内静电残留无法释放引起抖动不良；若输入液晶盒内的信号有异常杂波，超过TFT击穿电压时MOS管就会击穿，导致显示异常。本文分别通过对点灯治具结构的升级及点灯程序的优化，在点灯治具上合入Source&VCOM短接模块并加装TVS管，增加快速放电程序，从而对液晶盒点灯检测过程中起到防护作用。

液晶显示面板主要由薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）和彩膜（Color Filter，CF）基板组成，成盒后就会进行点灯检测，确认液晶盒是否存在不良；在点灯检测过程中，首先通过点灯治具对液晶盒输入信号，待液晶盒点亮后，分别通过不同灰阶画面（L0、L31、L64、L127）、白、红、绿、蓝画面下进行检测判断液晶盒在不同的点灯画面下是否存在不良。目前的点灯治具只是能够通过对液晶盒输入信号判断是否点亮或存在不良，没有对液晶盒本身有防护的作用，因此也不会考虑到在点灯检测过程中可能引起的不良。

本文针对液晶盒点灯治具导致液晶盒内静电残留及TFT管子击穿而引起的不良进行优化研究。基于抖动不良，通过对点灯治具结构及程序进行优化，实现了异常掉电时对液晶盒进行快速放电的功能，可避免模组后段工序点灯时出现抖动现象；基于异显不良，通过对点灯治具进行升级优化，在每个信号输出通道与GND之间并联一个双向TVS管，当杂波超过TVS管的击穿电压时，TVS迅速导通，使电流经TVS流到GND，避免大电流流经液晶盒击穿TFT管子，达到保护液晶盒的作用。

1 抖动不良

1.1 抖动不良产生的原因

液晶盒点灯检测时，检测人员在检测过程中液晶盒放置有偏差会导致其显示异常，此时检测人员通常会把点灯机压头直接抬起进行重新对位点灯（正常流程：我们需要将画面全部切完或按关机键然后再抬压头更换液晶盒），由于目前使用液晶盒点灯治具都没有快速放电功能，点灯中直接抬压头会导致液晶盒内静电残留，将该液晶盒继续制为模组时点灯检测会出现抖动现象。

图1 接地放电

图2 极化电场形成

图3 明暗变化

图4 快速放电程序

图5 Source&VCOM短接接地

1.2 抖动不良产生的机理

正常下电时Gate拉高，像素通过Source、VCOM接地放电（如图1所示），但由于液晶盒点灯治具异常下电，Gate信号直接关闭，像素内的电荷无法释放产生电荷残留；液晶中的自由离子在残留电场作用下聚集在液晶与PI膜界面，导致液晶极化形成极性电场（如图2所示）；极性电场导致前后两帧VCOM与Source间压差不同，产生明暗变化（如图3所示），即抖动不良。

1.3 针对抖动不良点灯治具及程序的改善措施

由于异常下电时Gate瞬间关闭像素内的电荷无法释放，因此增加快速放电的程序，通过在执行Signal_Off前调用Discharge函数实现在下电时将GOA信号拉高，MUX也全开，所有Gate全部保持打开，放电更彻底，实测波形如图4所示；当Gate瞬间关闭，电荷在储存电容中无法有效释放，而储存电容是由Source与VCOM两层金属层构成，在下电时将Source & VCOM通过治具设计Discharge Switch实现接地放电（如图5所示）；快速放电程序及Source &VCOM短接模块均可将残留电荷彻底释放，最大程度上规避了由于液晶盒点灯治具引起的静电残留而导致抖动不良。

1.4 验证结果

分别对60pcs产品进行点灯验证，20pcs进行抬压头异常下电，20pcs使用正常点灯程序下电，20pcs使用合入Source&VCOM短接模块及快速放电程序下电，点灯完成后将60pcs液晶盒制作为模组并进行灰阶127画面进行FLK测试，FLK值大于2时肉眼可见抖动。对比三种条件FLK测试数据（如图6所示），通过数据可以看出合入Source&VCOM短接模块及快速放电程序点灯下电的20pcs产品FLK值均小于2无抖动现象，使用正常程序点灯下电的20pcs产品中15pcs产品FLK值大于2存在抖动现象，使用异常抬压头下电的20pcs产品FLK值均大于2抖动现象明显。经过点灯下电验证可以确认增加Source&VCOM短接模块及快速放电程序可预防抖动现象的发生。

图6 液晶盒点灯不同下电方式对抖动的影响

图7 液晶盒TFT MOS管击穿

图8 加装TVS管后液晶盒点灯机构成

2 异显不良

2.1 异显不良产生的原因

目前由液晶盒点灯治具引起的异显不良大多数为点灯过程中引入ESD（作业环境、作业手法、电源选取），导致液晶盒TFT MOS管被击穿（如图7所示）从而显示异常。

2.2 异显不良产生的机理

由于窄边框设计深受用户喜爱，考虑到布线空间的问题，液晶盒两侧GOA中的TFT也由之前双栅结构改变为单栅结构，但是由于单栅结构的TFT抗静电的能力差，在对液晶盒进行点灯检测时，检测信号的杂波及电源的选取会产生静电，当其电压大于液晶盒TFT MOS管的击穿电压时，它会通过点灯机的内部走线到PIN针传到液晶盒从而击伤液晶盒内部MOS管未加TVS管的治具进行点灯镜检验证（如表1所示），使用未加装TVS管的点灯治具检测72pcs产品，未点灯前通过显微镜镜检TFT MOS管无击伤，经过五次点灯后其中8pcs产品存在线不良（4pcs镜检可见MOS管击伤），另外64pcs产品点灯无不良镜检发现有19pcs产品存在MOS管击伤；使用加装TVS管的点灯治具检测77pcs产品，未点灯前通过显微镜镜检TFT MOS管无击伤，经过五次点灯后均无不良且MOS管无击伤现象发生。经过验证液晶盒点灯治具并联TVS管可有效规避ESD引入所造成的不良。

图9 双向TVS管对Panel保护电路示意图

结论：本文基于液晶盒点灯治具引起的抖动及异显不良进行优化研究，通过对点灯等器件导致显示异常。

表1 加装TVS管前后点灯验证情况对比

2.3 针对抖动不良点灯治具的改善措施

通过将液晶盒点灯治具进行改进设计，在每个信号输出通道与GND之间并联一个双向TVS管（如图8所示），在正常工作状态下TVS管呈高阻抗状态，不影响线路的正常工作，当有异常的过电压脉冲超过其击穿电压时，TVS由高阻状态迅速（响应时间几十纳秒）变为低阻状态，使流向被保护元器件的瞬间电流转而分流到TVS管，同时把电压精确的限制到一个安全的水平，当异常过电压消失后，TVS立即恢复到高阻状态（如图9所示）。因此当点灯过程中的杂波超过TVS管的击穿电压时，TVS迅速导通，使电流经TVS流到GND，避免大电流流经液晶盒TFT，达到保护液晶盒的作用。

2.4 验证效果

选取抗ESD能力较差的产品，对比加装TVS管的治具与治具结构及程序进行优化，程序方面：通过在执行Signal_Off前调用Discharge函数实现在下电时将所有Gate全部保持打开，确保放电更彻底；治具方面：（1）增加Source&VCOM短接模块，在下电时将Source & VCOM通过治具设计Discharge Switch实现接地放电；（2）并联双向TVS管，在每个信号输出通道与GND之间并联一个双向TVS管，当杂波超过TVS管的击穿电压时，TVS迅速导通，使电流经TVS流到GND，避免大电流流经液晶盒击穿TFT管子。通过验证，以上优化措施可对液晶盒点灯检测过程中起到防护作用。