LCD Driver IC 测试方法及其对测试系统提出的挑战

LCD Driver IC 测试方法及其对测试系统提出的挑战

LCD显示器件在中国已有二十多年的发展历程，已经从最初的以数字显示为主转变为以点阵字符、图形显示为主。LCD显示设备以其低电压驱动、微小功耗、能够与CMOS电路和LSI直接匹配、具有极薄的扁平结构、可以在极亮的环境光下使用、工艺简单等等特点成为了极有发展前景的显示器件。
　　LCD显示器件种类繁多、发展迅速，从种类到原理、从结构到效应、从使用方式到应用范围差异很大，从测试原理上来说也就会有一些不同，目前比较常用的是STN和TFT的LCD显示器件。由于色彩表现能力、反应/刷新时间、视角等因素的限制，STN已经退出了大屏幕LCD器件的市场。不过由于彩屏手机、PDA市场的拓广，STN器件凭借其结构简单，技术要求不高，而且投资成本低等特点目前依然占有相当的市场份额。TFT型的LCD器件通过晶体管可以迅速地控制每个单元，由于各单元之间的电干扰很小，所以在使用大电流驱动时也不会有虚影和拖尾现象。较大的电流能提供更高的对比度、更锐利和更明亮的图像。
　　为了使LCD设备工作，必须用到LCD Driver芯片，图1中所示的是比较常见的LCD 器件的工作原理，当然也有许多厂商将这些部件集合在一起，称为LCD显示模块，但在生产设计时LCD Driver芯片依然是一个独立的部件。并且它的模拟输出直接驱动显示面板，因而LCD Driver IC的品质是液晶显示效果的决定性因素，因此出厂前必须经过严格的测试。由于这类IC具有大量高密度模拟输出引脚、低电压高频输入信号等特征，对于测试环境也是一个不小的考验，而且这种IC发展迅速，测试环境必须有一定的裕量，只有选择合适高效的测试系统才能够节约成本，提高生产效率。
　　由于STN并不是发展的趋势和主流，后文中我们将主要针对TFT的LCD Driver IC来谈谈此类IC的测试方法。
　　为了驱动TFT的液晶显示器需要使用Gate Driver 和Source Driver两种Driver IC，其中Source Driver负责提供列上各色素点的驱动电压，而Gate Driver控制每一行像素的选通状态。TFT Driver IC的难点主要是在于Source Driver IC的设计开发和测试。
　　LCD Driver的测试方法
　　和普通的IC一样，LCD Driver IC在生产过程中同样需要两次以上的测试，只不过由于其自身的特点而具有一些特殊的测试项目。

　　一般来说，LCD Driver IC会执行以下的一些测试项目：
　　（1） 参考电压源的动态电流测试（芯片处于运行状态）
　　主要是测试参考电压源引脚在芯片运作时的电流消耗，由于只是作为D/A转换时的基准电源，因此这个电流通常应当不大。
　　（2） 功能测试
　　用于检验IC能否完成应当具备的功能，例如：接受RGB输入并输出合适的驱动电压，选通进入特定的工作模式等。和一般逻辑IC测试的方法一样，需要使用Pattern程序为IC提供输入信号，并且检验引脚的输出是否和期待值相符和。
　　（3） DC参数测试（VSIM / ISVM）
　　测定IC的一些具体的电流、电压参数。例如：各引脚的漏电流、输入/输出的电压电流等等，通常需要使用DC（直流参数测试部件）或HVDC（高压直流参数测试部件）进行测试。
　　（4） Contact测试（联接完好性测试）
　　和一般IC的测试步骤一样，这是芯片测试时首先要进行的测试项目，电源引脚、参考电压源引脚、RGB输入和控制信号引脚、以及LCD输出引脚都需要分别进行Contact测试。Contact测试包括短路（Short）和断路（Open）测试两种。测试的方法多种多样，通常都是借助于IC内部的反偏保护二极管进行测试的。
　　（5） 动态电源电流和平均电源电流测试
　　用于衡量IC的平均功耗和瞬时功耗，一般情况下TFT Driver IC的功耗比STN的Driver IC 要大一些。另外，许多LCD 器件都有Standby（待机）模式和节能模式，这时就需要使用Pattern程序为IC输入特定的信号选通进入指定的模式，然后再进行电流的测试。
　　（6） 色阶测试
　　这是彩色（灰度）LCD Driver IC最重要的测试项目，由液晶器件的显示原理可知，LCD显示器件的色彩表现是通过向LCD面板加不同的电压来实现的，因此测试的方法就是在向IC输入不同RGB信号组合的同时检验IC 驱动引脚的输出电压是否是在预期的范围内来完成测试的，如图2所示。

　　如果LCD Driver输出的驱动电压精度要求并不高，为了减少测试时间，通常只需要使用LCD-CP（电压比较部件）对所有的输出引脚同时进行测试。此项测试只比较电压高低，不需要测定具体的电压数值。
　　假如显示色彩的深度比较高，那么驱动电压的测试精度要求就会比较高，那么LCD-CP已经无法满足测试的要求，这时候就需要使用数字采样器（Digitizer）来完成测试。数字采样器的数量将直接关系到测试的时间。
　　（7） AC参数测试
　　众所周知，响应/刷新时间是LCD显示器件除了色彩深度以外最重要的指标之一，AC参数测试就是为了对IC的开关特性进行检验。诸如：输出响应时间、输入最小设置/保持时间等，这些都属于AC参数测试的范畴。
　　（8） LCD输出偏差测试
　　对于大屏幕的显示器件来说，Driver IC的输出引脚数量巨大，要求各引脚在同样的RGB数据输入时的输出电压偏差不能太大，否则在显示时就会有各像素显示颜色不一致的现象，而且这些显示器件通常需要使用多枚IC同时进行驱动，那么就会要求这些IC在同一RGB输入数据下的输出电压也要尽量一致，如图3所示。在这种情况下，就必须对各引脚在不同RGB输入时的输出电压分别测定实际的电压数据，然后进行输出偏差、极限值、平均值等等相关计算。