先進LCD和OLED顯示對測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，包括從非晶硅和低溫多晶硅(LTPS)有源陣列LCD(AMLCD)平板顯示到新出現的有機LED及其他技術在內的多項新型技術，勢必將催生附加值更高的產品。不過，它們需要效率更高的測試，而相應的儀器和系統必須能提供更高的測試吞吐量和精度。

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非晶硅LCD測試

　　非晶硅(a-Si)是AMLCD所采用的傳統技術，目前在市場份額方面它仍然占有統治地位。由于a-Si襯底技術可以用于制造更大的顯示屏，故制造商們正在努力提高產量和成品率。為了節約在制造過程監控方面所花費的時間，他們現在只測試關鍵性的特性：Id-Vg曲線及其增/減滯后特性，電壓閾值(Vth)，正向(導通)電流，像素TFT漏電流(IL)，開關(響應)時間，以及接觸鏈的電阻和電容。

　　這些測量通過圍繞在每塊LCD面板外周的測試元件組(TEG)來實現。有時，也要測試一些工作像素，以檢查一致性的好壞，而氧化銦/錫(ITO)的導電層特性也需要經過抽查。

　　LCD薄膜晶體管(TFT)的參數特性測試需要對柵、漏極在關態下的漏電流進行靈敏度極高的測量。如果閾值電壓和亞閾值(漏)電流過高的話，則會出現圖像鬼影，所以IL的測量能力需要達到fA水平。

　　典型的系統(圖1)包括DC電源測量單元，開關陣列(以便通過一組儀器來實現多個器件的測量)，探針臺(未示出)和相應的線纜連接。由于玻璃襯底板的尺寸很大，整套設備的尺寸也偏大，其中包括與LCD TEG和工作像素相接觸的探針臺。這樣，要讓測量儀器盡可能的接近信號源變得非常困難。所需的線纜連接又帶來另外的測量問題。包括線纜及其引入的寄生電容和旁路電阻、接地/屏蔽/保護、開關陣列中的偏移和漏電流、探針卡和測試頭的設計、儀器噪聲和穩定時間、環境電噪聲水平和類型、TEG器件和相關的測試策略等。

　　這些問題導致誤差和噪聲的產生，并且拖長了測試的進程。由于涉及小信號，所以采用低噪聲水平的設備顯得更為重要。信號的平均化(濾波和/或增加若干個電源波形周期)也會帶來一定的益處。如果這一做法帶來了測試吞吐量方面的問題，則可以添加一個遠程低噪聲預放大器，以實現低至fA以下水平的測量。這些預放大器一般是安裝在遠程端的探針臺上(圖2)，這樣微弱信號的傳輸路徑縮短到預放大器之前。縮短電纜并減小其寄生電容也會縮短測量所需的穩定時間。陣列開關選擇系統可以實現與多個DUT的連接，從而還可以進一步節省時間。專門為超低電流測量而設計的低漏電陣列開關卡也非常重要。

低溫多晶硅測試

　　今天的低溫多晶硅(p-Si)技術使得在玻璃襯底上制作集成電路(包括驅動芯片)成為可能，這些電路將逐漸把存儲器和CPU包括在內。然而，相應的復雜性的增加也使得測試越來越具有挑戰性。人們必須對驅動IC進行測試，對時鐘信號進行數字測試并檢查高頻工作特性，這樣一來，如何保證高測試吞吐量的問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，故測試設備必須比以往更靈敏。

　　LTPS顯示器的測試平臺有3種不同的層次。成本最低的一級采用現有的儀器，將其通過電纜連接起來。當需要更高的性能但無需使用超小電流測量時，由電纜連接而成的、使用超低寄生開關矩陣、遠程放大器和靈敏電源測量單元(source measurement units，SMU)的自動參數測試(automated parametric test，APT)系統，就足以提供良好的吞吐能力。

　　如果同時要求進行弱信號測量和高吞吐率的話，則帶有遠程放大和并行測試能力的高級APT系統將能同時保證優異的低電流性能和高速偽/真并行測試(pseudo-and true-parallel testing)工作能力。

有機發光二極管

　　雖然有機發光二極管(OLED)所要求的多項測量與對AMLCD器件的測量相同，但它們的電容更大，測試系統和相應的方法必須能解決好這一問題，而且不會讓測試時間拖得過長。由于OLED FPD像素是有源的發光器件，它們的LIV(光、電流、電壓)特性必須同時在DC和脈沖DC工作條件下進行測試，這增加了測試的復雜程度。

　　OLED是電流驅動型而非電壓驅動型器件，要有效的對其特性進行測量，就需要能夠提供測量措施，并使其測量范圍達數個數量級電流(mA?fA)。由于速度也是一個重要因素，故需要采用能方便實現同步的儀器。

　　SMU是最適用的儀器。它們可以輸出電流并測量電壓或者輸出電壓而測量電流。一種簡單的系統，就是以一個連接到OLED的SMU和一個pA計來讀出光電二極管的電流，或者用照度計測量出輸出光度，兩種儀器都與一臺PC相連。通過使用一臺或更多的SMU、一個帶低漏電開關卡和觸發器控制的開關陣列，就可以對整個顯示器進行測試。測試裝置的結構也很重要，人們常常采用帶保護的測試夾具和與之相連的三軸電纜。

結語

　　這些技術近來已經出現了多項進展。雖然它們引入了多項產品，令人興奮不已，但也給開發和制造帶來了一些新的難題。測試方法必須跟上器件技術發展的腳步，否則就不可能保證新的產品能快速上市和創造效益。測試設備的制造商們正在努力讓其發展以擺脫這些問題的困擾，而解決方案開始在需要的時候呈現在人們眼前。 ■