先進(jìn)LCD和OLED顯示對(duì)測(cè)試精度和靈敏度提出更高要求

2004年5月B版

　　新型平板顯示技術(shù)，包括從非晶硅和低溫多晶硅(LTPS)有源陣列LCD(AMLCD)平板顯示到新出現(xiàn)的有機(jī)LED及其他技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)新型技術(shù)，勢(shì)必將催生附加值更高的產(chǎn)品。不過(guò)，它們需要效率更高的測(cè)試，而相應(yīng)的儀器和系統(tǒng)必須能提供更高的測(cè)試吞吐量和精度。

　　您周?chē)娜丝捎腥艘I(mǎi)房？

非晶硅LCD測(cè)試

　　非晶硅(a-Si)是AMLCD所采用的傳統(tǒng)技術(shù)，目前在市場(chǎng)份額方面它仍然占有統(tǒng)治地位。由于a-Si襯底技術(shù)可以用于制造更大的顯示屏，故制造商們正在努力提高產(chǎn)量和成品率。為了節(jié)約在制造過(guò)程監(jiān)控方面所花費(fèi)的時(shí)間，他們現(xiàn)在只測(cè)試關(guān)鍵性的特性：Id-Vg曲線及其增/減滯后特性，電壓閾值(Vth)，正向(導(dǎo)通)電流，像素TFT漏電流(IL)，開(kāi)關(guān)(響應(yīng))時(shí)間，以及接觸鏈的電阻和電容。

　　這些測(cè)量通過(guò)圍繞在每塊LCD面板外周的測(cè)試元件組(TEG)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有時(shí)，也要測(cè)試一些工作像素，以檢查一致性的好壞，而氧化銦/錫(ITO)的導(dǎo)電層特性也需要經(jīng)過(guò)抽查。

　　LCD薄膜晶體管(TFT)的參數(shù)特性測(cè)試需要對(duì)柵、漏極在關(guān)態(tài)下的漏電流進(jìn)行靈敏度極高的測(cè)量。如果閾值電壓和亞閾值(漏)電流過(guò)高的話，則會(huì)出現(xiàn)圖像鬼影，所以IL的測(cè)量能力需要達(dá)到fA水平。

　　典型的系統(tǒng)(圖1)包括DC電源測(cè)量單元，開(kāi)關(guān)陣列(以便通過(guò)一組儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件的測(cè)量)，探針臺(tái)(未示出)和相應(yīng)的線纜連接。由于玻璃襯底板的尺寸很大，整套設(shè)備的尺寸也偏大，其中包括與LCD TEG和工作像素相接觸的探針臺(tái)。這樣，要讓測(cè)量?jī)x器盡可能的接近信號(hào)源變得非常困難。所需的線纜連接又帶來(lái)另外的測(cè)量問(wèn)題。包括線纜及其引入的寄生電容和旁路電阻、接地/屏蔽/保護(hù)、開(kāi)關(guān)陣列中的偏移和漏電流、探針卡和測(cè)試頭的設(shè)計(jì)、儀器噪聲和穩(wěn)定時(shí)間、環(huán)境電噪聲水平和類型、TEG器件和相關(guān)的測(cè)試策略等。

　　這些問(wèn)題導(dǎo)致誤差和噪聲的產(chǎn)生，并且拖長(zhǎng)了測(cè)試的進(jìn)程。由于涉及小信號(hào)，所以采用低噪聲水平的設(shè)備顯得更為重要。信號(hào)的平均化(濾波和/或增加若干個(gè)電源波形周期)也會(huì)帶來(lái)一定的益處。如果這一做法帶來(lái)了測(cè)試吞吐量方面的問(wèn)題，則可以添加一個(gè)遠(yuǎn)程低噪聲預(yù)放大器，以實(shí)現(xiàn)低至fA以下水平的測(cè)量。這些預(yù)放大器一般是安裝在遠(yuǎn)程端的探針臺(tái)上(圖2)，這樣微弱信號(hào)的傳輸路徑縮短到預(yù)放大器之前?？s短電纜并減小其寄生電容也會(huì)縮短測(cè)量所需的穩(wěn)定時(shí)間。陣列開(kāi)關(guān)選擇系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與多個(gè)DUT的連接，從而還可以進(jìn)一步節(jié)省時(shí)間。專門(mén)為超低電流測(cè)量而設(shè)計(jì)的低漏電陣列開(kāi)關(guān)卡也非常重要。

低溫多晶硅測(cè)試

　　今天的低溫多晶硅(p-Si)技術(shù)使得在玻璃襯底上制作集成電路(包括驅(qū)動(dòng)芯片)成為可能，這些電路將逐漸把存儲(chǔ)器和CPU包括在內(nèi)。然而，相應(yīng)的復(fù)雜性的增加也使得測(cè)試越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。人們必須對(duì)驅(qū)動(dòng)IC進(jìn)行測(cè)試，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)字測(cè)試并檢查高頻工作特性，這樣一來(lái)，如何保證高測(cè)試吞吐量的問(wèn)題顯得比以前更重要。由于p-Si有源器件的尺寸更小，而消耗的電流比a-Si器件更少，故測(cè)試設(shè)備必須比以往更靈敏。

　　LTPS顯示器的測(cè)試平臺(tái)有3種不同的層次。成本最低的一級(jí)采用現(xiàn)有的儀器，將其通過(guò)電纜連接起來(lái)。當(dāng)需要更高的性能但無(wú)需使用超小電流測(cè)量時(shí)，由電纜連接而成的、使用超低寄生開(kāi)關(guān)矩陣、遠(yuǎn)程放大器和靈敏電源測(cè)量單元(source measurement units，SMU)的自動(dòng)參數(shù)測(cè)試(automated parametric test，APT)系統(tǒng)，就足以提供良好的吞吐能力。

　　如果同時(shí)要求進(jìn)行弱信號(hào)測(cè)量和高吞吐率的話，則帶有遠(yuǎn)程放大和并行測(cè)試能力的高級(jí)APT系統(tǒng)將能同時(shí)保證優(yōu)異的低電流性能和高速偽/真并行測(cè)試(pseudo-and true-parallel testing)工作能力。

有機(jī)發(fā)光二極管

　　雖然有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)所要求的多項(xiàng)測(cè)量與對(duì)AMLCD器件的測(cè)量相同，但它們的電容更大，測(cè)試系統(tǒng)和相應(yīng)的方法必須能解決好這一問(wèn)題，而且不會(huì)讓測(cè)試時(shí)間拖得過(guò)長(zhǎng)。由于OLED FPD像素是有源的發(fā)光器件，它們的LIV(光、電流、電壓)特性必須同時(shí)在DC和脈沖DC工作條件下進(jìn)行測(cè)試，這增加了測(cè)試的復(fù)雜程度。

　　OLED是電流驅(qū)動(dòng)型而非電壓驅(qū)動(dòng)型器件，要有效的對(duì)其特性進(jìn)行測(cè)量，就需要能夠提供測(cè)量措施，并使其測(cè)量范圍達(dá)數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)電流(mA?fA)。由于速度也是一個(gè)重要因素，故需要采用能方便實(shí)現(xiàn)同步的儀器。

　　SMU是最適用的儀器。它們可以輸出電流并測(cè)量電壓或者輸出電壓而測(cè)量電流。一種簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，就是以一個(gè)連接到OLED的SMU和一個(gè)pA計(jì)來(lái)讀出光電二極管的電流，或者用照度計(jì)測(cè)量出輸出光度，兩種儀器都與一臺(tái)PC相連。通過(guò)使用一臺(tái)或更多的SMU、一個(gè)帶低漏電開(kāi)關(guān)卡和觸發(fā)器控制的開(kāi)關(guān)陣列，就可以對(duì)整個(gè)顯示器進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)也很重要，人們常常采用帶保護(hù)的測(cè)試夾具和與之相連的三軸電纜。

結(jié)語(yǔ)

　　這些技術(shù)近來(lái)已經(jīng)出現(xiàn)了多項(xiàng)進(jìn)展。雖然它們引入了多項(xiàng)產(chǎn)品，令人興奮不已，但也給開(kāi)發(fā)和制造帶來(lái)了一些新的難題。測(cè)試方法必須跟上器件技術(shù)發(fā)展的腳步，否則就不可能保證新的產(chǎn)品能快速上市和創(chuàng)造效益。測(cè)試設(shè)備的制造商們正在努力讓其發(fā)展以擺脫這些問(wèn)題的困擾，而解決方案開(kāi)始在需要的時(shí)候呈現(xiàn)在人們眼前。 ■