先进LCD和OLED显示对测试精度和灵敏度提出更高要求

2004年5月B版

　　新型平板显示技术，包括从非晶硅和低温多晶硅(LTPS)有源阵列LCD(AMLCD)平板显示到新出现的有机LED及其他技术在内的多项新型技术，势必将催生附加值更高的产品。不过，它们需要效率更高的测试，而相应的仪器和系统必须能提供更高的测试吞吐量和精度。

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非晶硅LCD测试

　　非晶硅(a-Si)是AMLCD所采用的传统技术，目前在市场份额方面它仍然占有统治地位。由于a-Si衬底技术可以用于制造更大的显示屏，故制造商们正在努力提高产量和成品率。为了节约在制造过程监控方面所花费的时间，他们现在只测试关键性的特性：Id-Vg曲线及其增/减滞后特性，电压阈值(Vth)，正向(导通)电流，像素TFT漏电流(IL)，开关(响应)时间，以及接触链的电阻和电容。

　　这些测量通过围绕在每块LCD面板外周的测试元件组(TEG)来实现。有时，也要测试一些工作像素，以检查一致性的好坏，而氧化铟/锡(ITO)的导电层特性也需要经过抽查。

　　LCD薄膜晶体管(TFT)的参数特性测试需要对栅、漏极在关态下的漏电流进行灵敏度极高的测量。如果阈值电压和亚阈值(漏)电流过高的话，则会出现图像鬼影，所以IL的测量能力需要达到fA水平。

　　典型的系统(图1)包括DC电源测量单元，开关阵列(以便通过一组仪器来实现多个器件的测量)，探针台(未示出)和相应的线缆连接。由于玻璃衬底板的尺寸很大，整套设备的尺寸也偏大，其中包括与LCD TEG和工作像素相接触的探针台。这样，要让测量仪器尽可能的接近信号源变得非常困难。所需的线缆连接又带来另外的测量问题。包括线缆及其引入的寄生电容和旁路电阻、接地/屏蔽/保护、开关阵列中的偏移和漏电流、探针卡和测试头的设计、仪器噪声和稳定时间、环境电噪声水平和类型、TEG器件和相关的测试策略等。

　　这些问题导致误差和噪声的产生，并且拖长了测试的进程。由于涉及小信号，所以采用低噪声水平的设备显得更为重要。信号的平均化(滤波和/或增加若干个电源波形周期)也会带来一定的益处。如果这一做法带来了测试吞吐量方面的问题，则可以添加一个远程低噪声预放大器，以实现低至fA以下水平的测量。这些预放大器一般是安装在远程端的探针台上(图2)，这样微弱信号的传输路径缩短到预放大器之前。缩短电缆并减小其寄生电容也会缩短测量所需的稳定时间。阵列开关选择系统可以实现与多个DUT的连接，从而还可以进一步节省时间。专门为超低电流测量而设计的低漏电阵列开关卡也非常重要。

低温多晶硅测试

　　今天的低温多晶硅(p-Si)技术使得在玻璃衬底上制作集成电路(包括驱动芯片)成为可能，这些电路将逐渐把存储器和CPU包括在内。然而，相应的复杂性的增加也使得测试越来越具有挑战性。人们必须对驱动IC进行测试，对时钟信号进行数字测试并检查高频工作特性，这样一来，如何保证高测试吞吐量的问题显得比以前更重要。由于p-Si有源器件的尺寸更小，而消耗的电流比a-Si器件更少，故测试设备必须比以往更灵敏。

　　LTPS显示器的测试平台有3种不同的层次。成本最低的一级采用现有的仪器，将其通过电缆连接起来。当需要更高的性能但无需使用超小电流测量时，由电缆连接而成的、使用超低寄生开关矩阵、远程放大器和灵敏电源测量单元(source measurement units，SMU)的自动参数测试(automated parametric test，APT)系统，就足以提供良好的吞吐能力。

　　如果同时要求进行弱信号测量和高吞吐率的话，则带有远程放大和并行测试能力的高级APT系统将能同时保证优异的低电流性能和高速伪/真并行测试(pseudo-and true-parallel testing)工作能力。

有机发光二极管

　　虽然有机发光二极管(OLED)所要求的多项测量与对AMLCD器件的测量相同，但它们的电容更大，测试系统和相应的方法必须能解决好这一问题，而且不会让测试时间拖得过长。由于OLED FPD像素是有源的发光器件，它们的LIV(光、电流、电压)特性必须同时在DC和脉冲DC工作条件下进行测试，这增加了测试的复杂程度。

　　OLED是电流驱动型而非电压驱动型器件，要有效的对其特性进行测量，就需要能够提供测量措施，并使其测量范围达数个数量级电流(mA〜fA)。由于速度也是一个重要因素，故需要采用能方便实现同步的仪器。

　　SMU是最适用的仪器。它们可以输出电流并测量电压或者输出电压而测量电流。一种简单的系统，就是以一个连接到OLED的SMU和一个pA计来读出光电二极管的电流，或者用照度计测量出输出光度，两种仪器都与一台PC相连。通过使用一台或更多的SMU、一个带低漏电开关卡和触发器控制的开关阵列，就可以对整个显示器进行测试。测试装置的结构也很重要，人们常常采用带保护的测试夹具和与之相连的三轴电缆。

结语

　　这些技术近来已经出现了多项进展。虽然它们引入了多项产品，令人兴奋不已，但也给开发和制造带来了一些新的难题。测试方法必须跟上器件技术发展的脚步，否则就不可能保证新的产品能快速上市和创造效益。测试设备的制造商们正在努力让其发展以摆脱这些问题的困扰，而解决方案开始在需要的时候呈现在人们眼前。 ■