Ag对TDDI结构电容值的影响研究

合肥京东方显示技术有限公司 占小奇 钱志禹 李艳平 孙 勇 陈 平 陈徐通 贾博超

Ag对TDDI结构电容值的影响研究

合肥京东方显示技术有限公司 占小奇 钱志禹 李艳平 孙 勇 陈 平 陈徐通 贾博超

本文主要研究了Ag（银）胶涂覆对TDDI结构的电容值的影响，Ag胶的主要作用是导通CF层与TFT层(ITO)防止静电产生，避免静电累积在Cell盒内导致画面显示异常。研究表明Ag胶易渗入到Cell盒内与BM接触，使BM与外围的GND接地，与COM形成压差，导致电容值偏大。本研究为后续优化Ag胶工艺，控制Ag胶的大小及位置提供参考方向。

TDDI；Ag；电容值

1 背景

手机和平板电脑目前是触控最大的市场。目前触控和显示用得最多的是分立式的触控、分立式的显示驱动器。现在有触控传感器集成的模式，包括SLOC(单层多点外嵌式)以及In-Cell内嵌式[1]。目前国内已经开发并量产的触控技术大多都是自电容和互电容分立的，与国外比没有任何技术优势，且制作工艺水平不高[2]。国内的液晶面板厂商已经开始积极探索新的触控技术，如京东方已经成功开发量产TDDI触控技术，并对外提供面板产品。

TDDI即触控与显示驱动器集成（Touch Display Driver Integration）。目前智能手机的触控和显示功能大都是由两块芯片独立控制，而TDDI最大的特点是把触控芯片与显示芯片整合进单一芯片中。TDDI最早由人机界面厂商Synaptics所提倡，并于2015年3月推出针对手机和平板电脑的TDDI解决方案，成为全球首个TDDI产品[3]。

TDDI带来的是一种统一的系统架构，原有的系统架构因为显示与触控芯片是分离的，这可能会导致一些显示噪声的存在，而TDDI由于实现了统一的控制，在噪声的管理方面会有更好的效果[4]。

TDDI系统触控技术FIC (Full In Cell)产品相比SLOC，无需专门制作sensor，无SLOC工序 loss。DDI与TDI集成，无需进行T-FPC Bonding，Panel相比SLOC可以更薄(0.4T以下)。无T-FPC，TLCM厚度堆叠Margin更大。

相对的，由于DDI与TDI集成，TDDI结构的Touch Sensor信号与LCD信号易发生相互干扰，这些都对电容值不良产品的分析工作带来了困难。本文将以京东方生产的5.0TDDI产品为研究对象，重点分析其生产工艺过程中的造成电容值不良的原因以及分析其不良原理，为后续TDDI结构的触控技术的发展提供理论支持。

2 电容结构与测试方法

2.1 电容结构

本文研究的5.0TDDI产品采用自容式In Cell Touch结构，其结构图见图1。所谓自电容，即在玻璃表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列，这些横向和纵向的电极分别与地构成电容，这个电容就是通常所说的自电容，也就是电极对地的电容。

图1 5.0TDDI自容式In Cell Touch结构图

当手指触摸到电容屏时，手指与电极间会感应成一个耦合电容CF，手指的电容CF将会叠加到屏体电容上，使屏体电容量Cs增加。在触摸检测时，自电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列，根据触摸前后电容的变化，分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触摸坐标。自电容的扫描方式，相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向，然后分别在X轴和Y轴方向计算出坐标，最后组合成触摸点的坐标。图2为手指触摸后屏体电容量变化原理图，其中：

式中：Cs为Sensor感应电容；Cp为寄生电容；CF为耦合电容；S为接触面积。

图2 手指触摸后屏体电容量变化原理图

此种自容式结构走线较少，触控信号好，制程相对简单，成本相对较低，且信噪比较高(最大为50db)，只有一个FPC，产品易减薄。

自容式检测结构主要适应于：①轴坐标式触控感应检测；②检测每个感应单元的电容(CP)变化；③当有手指触摸时，感应单元电容增加；④激励和感应的是同一个感应单元。

2.2 测试方法

针对5.0TDDI产品的电容值测试，本研究中采用的新思厂商开发的一款软件测试电容值，其测试界面以及测试内容见图3。其中第3项测试Raw Capacitance Test为测试屏体电容值Cs， 即测试Sensor层中Tx与Rx走线相交节点的电容值。每个节点电容值均设定有一个规定的域，电容值的结果不能分布在规定的域的外围之外，否则测试软件就会报警，显示对应的节点位置电容Fail。图4为图3中Raw Capacitance Test测试项Fail的对应电容值信息。从图中可以看出显示红色区域即为电容值不良的对应节点，其每一个不良节点的电容值均超出其规定的域之外。

图3 测试软件界面及测试内容

图4 图3中对应的电容值不良信息

3 电容不良及原因分析

本研究中5.0TDDI产品的电容值不良主要为屏体电容值Cs不良，即Sensor层中各节点电容值出现偏大或偏小，超出规定的域导致触摸不良。而在本研究中，屏体电容值不良主要集中在屏的DP侧拐角及DPO侧，均为对应处的电容值偏大不良，不良率约3%。

为分析不良产品电容值偏大的原因，本研究选取了四组不良样品，分别标记为a、b、c、d。在分析过程中，主要从以下几个方面对电容值不良产品进行分析：

（1）首先实验选择电容值不良样本a, 不良现象见下图5。将不良产品的Ag胶点去除干净，再测量容值状态，发现拐角点容值可恢复正常，见图6。

图5 不良样本a电容值偏大不良

图6 不良样本a银胶点去除干净后的电容值测量结果

从图6中可以看出，不良样本的Ag胶点去除后，不良位置点的电容值由4.454降低到2.328，容值恢复正常，测试结果显示Pass。由此可推断出该电容值不良与Ag胶存在相关性。

（2）为进一步确认容值不良与Ag胶相关性，选取相同不良现象样本b，不良图片见图7。并将不良品b Ag胶点的GND走线切断Floating后测量，测试结果显示异常点容值可恢复正常，见图8。

图7 不良样本b电容值偏大不良

图8 不良品b银胶点的GND走线切断Floating后测量结果

从图7和图8可以看出，不良品b Ag胶点的GND走线切断Floating后测试的电容值恢复正常，异常点电容值由4.013降低到1.631。

（3）取C号不良样品，不良照片如图9，异常点电容值位于左下角，电容值偏大，约为3.070。实验时先将Ag去除，然后对Ag点位置CF翘角，并塞入绝缘膜片，重新测量电容值发现左下角拐角容值可恢复正常，见图10。

图9 不良样品c左下角拐角电容值偏大

图10 不良样品c银胶点位置CF翘角后测量结果

从图9和图10对比可以看出，对C样品去除Ag胶后，再将不良位置CF翘角，并塞入绝缘膜片，测试结果显示异常点电容值由3.070降低为1.991，拐角处容值恢复正常。

图11 从侧边塞入膜片后，将Ag逐渐往Cell外顶出以及涂Ag后电容值变化

（4）为进一步分析与Ag胶的关联性，设计以下四组对比验证试验：

①取不良样品d，不良点位置位于左上角拐角，不良照片见图11(a)，不良点电容值偏大，测试为5.128。首先不去除Ag胶点，直接将Ag胶点位置CF翘角，不塞入绝缘膜片，测量发现拐角容值不变，未恢复正常，见图11(b)；

②对不良样品d，将Ag胶点位置CF翘角，从侧边塞入绝缘膜片，但未触及Ag，测量发现拐角容值不变，未恢复正常，见图11(c)；

③将不良样品d Ag胶点位置CF翘角，从侧边塞入绝缘膜片，并将Ag逐渐往Cell外顶出，测量不良点电容值降低为1.87，拐角容值逐渐恢复正常，见图11(d)；

④在逐步③的基础上，将Ag进一步往Cell外顶出，测量不良点电容值进一步降低为1.66，且电容值显示正常，见图11(e)；

⑤对于上一步已恢复正常的样品d，重新涂Ag，使其渗入Cell（不影响Array），再次测试发现拐角处电容值增大，且不良点电容值增大到3.45，不良再次发生，见图11(f)；

⑥将Ag胶进一步往Cell内渗入，再测试发现对应的拐角处电容值进一步增大，且不良点电容值由3.45增大到5.128，见图11(g)

图11为上述实验过程中，拐角处电容值的变化情况。

4 不良发生机理

图12 TDDI结构的Sensor层结构图

图12为TDDI结构的Sensor层结构图，其触控原理：1）触控阶段，TX加载modulation信号（80K～180KHZ高频方波），与此信号不同步的金属电极都会和Sensor间形成负载电容（BM方阻在MΩ级别，高频下，BM材料内电荷无法区域间流动，只会局部极化，因此把BM视为电介质）；2）负载电容包括C、C1和C2三部分：①C为Sensor与AA区内array pattern之间形成的电容；②C1为Sensor与无限远处大地之间形成的电容；③C2为Sensor与panel周边GND（直流GND信号）之间形成的电容；3）C1导致所有Sensor容值整体同步增加；C2导致周边Sensor容值偏大。

当拐角处涂覆的银胶渗入到Cell中与BM接触，使BM与外围的GND接地，与COM形成压差，导致BM与Sensor层之间形成感应电容，因此拐角处的电容值增大。因此当不良样本的Ag被膜片逐渐顶出Cell外后，BM与银胶接触断开，拐角处电容值恢复正常。

5 结论

从5.0TDDI 的生产工艺来看，在TDDI结构中，银胶的涂覆工艺对TDDI结构Sensor电容值不良具有显著影响。当银胶涂覆量偏大或者涂覆位置偏移时，银胶易渗入到Cell盒内与BM区接触从而导致Sensor测试时对应的拐点处电容值偏大，因此在生产工艺中对银胶涂覆的管控显得尤为重要，需要优化银胶工艺，控制银胶的大小及位置，以及控制银胶的渗入或者是想办法改变设计减小BM的大小，使得银胶与BM接触机会变小，以减小寄生电容的影响。

[1]手机和平板电脑触控市场大,汽车触控兴起,未来会有新型人机界面[J]．电子产品世界,2014,12．

[2]张晋芳．触控与显示驱动集成中的关键问题研究[J]．北京交通大学,2017,04．

[3]Synaptics Announces World’s First Touch and Display Driver Integration(TDDI)Single-Chip Solutions for Smartphones and Tablets．Synaptics,201,03．

[4]真正的“狼”来了 显示触控(TDDI)技术迁移史[OL]．今日头条,2015,09．