LCDDriverIC測試方法及其對測試系統(tǒng)提出的挑戰(zhàn)

1、LCD Driver IC 測試方法及其對測試系統(tǒng)提出的挑戰(zhàn)        LCD顯示器件在中國已有二十多年的發(fā)展歷程，已經(jīng)從最初的以數(shù)字顯示為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐渣c(diǎn)陣字符、圖形顯示為主。LCD顯示設(shè)備以其低電壓驅(qū)動、微小功耗、能夠與CMOS電路和LSI直接匹配、具有極薄的扁平結(jié)構(gòu)、可以在極亮的環(huán)境光下使用、工藝簡單等等特點(diǎn)成為了極有發(fā)展前景的顯示器件。LCD顯示器件種類繁多、發(fā)展迅速，從種類到原理、從結(jié)構(gòu)到效應(yīng)、從使用方式到應(yīng)用范圍差異很大，從測試原理上來說也就會有一些不同，目前比較常用的是S

2、TN和TFT的LCD顯示器件。由于色彩表現(xiàn)能力、反應(yīng)/刷新時間、視角等因素的限制，STN已經(jīng)退出了大屏幕LCD器件的市場。不過由于彩屏手機(jī)、PDA市場的拓廣，STN器件憑借其結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)要求不高，而且投資成本低等特點(diǎn)目前依然占有相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。TFT型的LCD器件通過晶體管可以迅速地控制每個單元，由于各單元之間的電干擾很小，所以在使用大電流驅(qū)動時也不會有虛影和拖尾現(xiàn)象。較大的電流能提供更高的對比度、更銳利和更明亮的圖像。為了使LCD設(shè)備工作，必須用到LCD Driver芯片，圖1中所示的是比較常見的LCD 器件的工作原理，當(dāng)然也有許多廠商將這些部件集合在一起，稱為LCD顯示模塊，但在生產(chǎn)設(shè)計

3、時LCD Driver芯片依然是一個獨(dú)立的部件。并且它的模擬輸出直接驅(qū)動顯示面板，因而LCD Driver IC的品質(zhì)是液晶顯示效果的決定性因素，因此出廠前必須經(jīng)過嚴(yán)格的測試。由于這類IC具有大量高密度模擬輸出引腳、低電壓高頻輸入信號等特征，對于測試環(huán)境也是一個不小的考驗，而且這種IC發(fā)展迅速，測試環(huán)境必須有一定的裕量，只有選擇合適高效的測試系統(tǒng)才能夠節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率。由于STN并不是發(fā)展的趨勢和主流，后文中我們將主要針對TFT的LCD Driver IC來談?wù)劥祟怚C的測試方法。為了驅(qū)動TFT的液晶顯示器需要使用Gate Driver 和Source Driver兩種Driver IC

4、，其中Source Driver負(fù)責(zé)提供列上各色素點(diǎn)的驅(qū)動電壓，而Gate Driver控制每一行像素的選通狀態(tài)。TFT Driver IC的難點(diǎn)主要是在于Source Driver IC的設(shè)計開發(fā)和測試。LCD Driver的測試方法和普通的IC一樣，LCD Driver IC在生產(chǎn)過程中同樣需要兩次以上的測試，只不過由于其自身的特點(diǎn)而具有一些特殊的測試項目。一般來說，LCD Driver IC會執(zhí)行以下的一些測試項目：（1） 參考電壓源的動態(tài)電流測試（芯片處于運(yùn)行狀態(tài)）主要是測試參考電壓源引腳在芯片運(yùn)作時的電流消耗，由于只是作為D/A轉(zhuǎn)換時的基準(zhǔn)電源，因此這個電流通常應(yīng)當(dāng)不大。（2） 功能

5、測試用于檢驗IC能否完成應(yīng)當(dāng)具備的功能，例如：接受RGB輸入并輸出合適的驅(qū)動電壓，選通進(jìn)入特定的工作模式等。和一般邏輯IC測試的方法一樣，需要使用Pattern程序為IC提供輸入信號，并且檢驗引腳的輸出是否和期待值相符和。（3） DC參數(shù)測試（VSIM / ISVM）測定IC的一些具體的電流、電壓參數(shù)。例如：各引腳的漏電流、輸入/輸出的電壓電流等等，通常需要使用DC（直流參數(shù)測試部件）或HVDC（高壓直流參數(shù)測試部件）進(jìn)行測試。（4） Contact測試（聯(lián)接完好性測試）和一般IC的測試步驟一樣，這是芯片測試時首先要進(jìn)行的測試項目，電源引腳、參考電壓源引腳、RGB輸入和控制信號引腳、以及LCD

6、輸出引腳都需要分別進(jìn)行Contact測試。Contact測試包括短路（Short）和斷路（Open）測試兩種。測試的方法多種多樣，通常都是借助于IC內(nèi)部的反偏保護(hù)二極管進(jìn)行測試的。（5） 動態(tài)電源電流和平均電源電流測試用于衡量IC的平均功耗和瞬時功耗，一般情況下TFT Driver IC的功耗比STN的Driver IC 要大一些。另外，許多LCD 器件都有Standby（待機(jī)）模式和節(jié)能模式，這時就需要使用Pattern程序為IC輸入特定的信號選通進(jìn)入指定的模式，然后再進(jìn)行電流的測試。（6） 色階測試這是彩色（灰度）LCD Driver IC最重要的測試項目，由液晶器件的顯示原理可知，LCD

7、顯示器件的色彩表現(xiàn)是通過向LCD面板加不同的電壓來實現(xiàn)的，因此測試的方法就是在向IC輸入不同RGB信號組合的同時檢驗IC 驅(qū)動引腳的輸出電壓是否是在預(yù)期的范圍內(nèi)來完成測試的，如圖2所示。如果LCD Driver輸出的驅(qū)動電壓精度要求并不高，為了減少測試時間，通常只需要使用LCD-CP（電壓比較部件）對所有的輸出引腳同時進(jìn)行測試。此項測試只比較電壓高低，不需要測定具體的電壓數(shù)值。假如顯示色彩的深度比較高，那么驅(qū)動電壓的測試精度要求就會比較高，那么LCD-CP已經(jīng)無法滿足測試的要求，這時候就需要使用數(shù)字采樣器（Digitizer）來完成測試。數(shù)字采樣器的數(shù)量將直接關(guān)系到測試的時間。（7） AC參數(shù)

8、測試眾所周知，響應(yīng)/刷新時間是LCD顯示器件除了色彩深度以外最重要的指標(biāo)之一，AC參數(shù)測試就是為了對IC的開關(guān)特性進(jìn)行檢驗。諸如：輸出響應(yīng)時間、輸入最小設(shè)置/保持時間等，這些都屬于AC參數(shù)測試的范疇。（8） LCD輸出偏差測試對于大屏幕的顯示器件來說，Driver IC的輸出引腳數(shù)量巨大，要求各引腳在同樣的RGB數(shù)據(jù)輸入時的輸出電壓偏差不能太大，否則在顯示時就會有各像素顯示顏色不一致的現(xiàn)象，而且這些顯示器件通常需要使用多枚IC同時進(jìn)行驅(qū)動，那么就會要求這些IC在同一RGB輸入數(shù)據(jù)下的輸出電壓也要盡量一致，如圖3所示。在這種情況下，就必須對各引腳在不同RGB輸入時的輸出電壓分別測定實際的電壓數(shù)據(jù)

9、，然后進(jìn)行輸出偏差、極限值、平均值等等相關(guān)計算。假設(shè)被測的是256色、384 LCD輸出且具有Dot 翻轉(zhuǎn)功能的IC，那么由公式可得需要測試的電壓值個數(shù)為：256（顏色深度）384（pin數(shù)）2(Dot 翻轉(zhuǎn)） 196,608一般的DC測試部件的測試時間為幾到幾十個uS，由此可知測試時間將會比較長。如果IC的色彩深度高一些的話（65535色），測試時間根本無法讓人接受，因此在進(jìn)行此類測試時需要使用數(shù)字采樣器（Digitizer）來連續(xù)地進(jìn)行電壓采樣，這樣就可以在很短的時間進(jìn)行此項繁復(fù)的測試了。在這種情況下，由于LCD輸出引腳數(shù)量很大，可以同時進(jìn)行電壓采樣的數(shù)字采樣器的數(shù)量與所需的測試時間成反比

10、，增加同步工作的數(shù)字采樣器的數(shù)量將會節(jié)約測試時間，大幅降低IC的相對生產(chǎn)成本，但是另一方面，數(shù)字采樣器數(shù)量的提升會引起測試系統(tǒng)成本的上升，因此適當(dāng)?shù)貙⒚繋讉€LCD輸出通道配備一個數(shù)字采樣器是一個折中的解決方案，例如Advantest的T6371測試系統(tǒng)就是使用每八個LCD輸出引腳配備一個數(shù)字采樣器的配置方法。另外，由于需要采樣數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)運(yùn)算也需要一定的時間，如果在數(shù)據(jù)采樣的同時能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的工作的話，將大大縮短測試時間。目前這種工作方式在T6371測試系統(tǒng)上已經(jīng)通過Double-bank AQM的構(gòu)架實現(xiàn)。（9） 其他當(dāng)然，由于各種LCD 器件差異、生產(chǎn)廠商的不同，以及IC內(nèi)部構(gòu)架的

11、不同，各種LCD Driver IC都會具有一些獨(dú)特的測試項目，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況選擇測試項目。LCD Driver IC的特點(diǎn)對測試系統(tǒng)提出的挑戰(zhàn)圖4為常見LCD Driver IC的引腳分布：LCD Driver IC的輸出引腳數(shù)量很大雖然LCD顯示器件規(guī)格的不斷擴(kuò)大（>17 inch），但是行列驅(qū)動芯片的數(shù)量卻基本上不變，這使得單個IC的LCD 驅(qū)動引腳的數(shù)目也就愈來愈多，許多LCD Driver IC的驅(qū)動引腳數(shù)已經(jīng)達(dá)到700以上，參見下表，QXGA所需的LCD Driver輸出引腳數(shù)目的計算公式為：QXGA 2048（Pixel）×3（RGB）÷8（IC）76

12、8（Pin）。SVGA   ( 800 x 600 )  XGA    ( 1024 x 768 )       10.4”15”SXGA   ( 1280 x 1024 )SXGA+  ( 1400 x 1050 ) 15”17”UXGA   ( 1600 x 1200 ) 17”QXGA   ( 2048 x 1536 ) 19”這樣在測試時就需要有大量的高電壓模擬輸出測試通道與之相對應(yīng)，上述

13、QXGA的source driver就要求測試系統(tǒng)單個測試頭上的高電壓模擬輸出測試通道能夠達(dá)到768或以上。不僅如此，現(xiàn)在有許多單個IC驅(qū)動的小屏幕液晶顯示器件，由于其行列信號都由單個IC提供，假設(shè)是240×180彩色顯示，需要的LCD輸出引腳就需要240×3180900個，因此對測試來說是一個比較大的挑戰(zhàn)。對于測試系統(tǒng)來說，一方面要對應(yīng)于LCD Driver IC的特點(diǎn)而具備高精度、高頻、低振幅電壓的供給能力和海量的模擬輸出引腳同時測試的功能。由于LCD Driver IC的驅(qū)動輸出數(shù)可能會超過700個，那么就要求測試系統(tǒng)的單個測試頭上具有700個以上甚至是1000個以上

14、的模擬輸出測試通道。此外，LCD Driver IC發(fā)展至今，由于其引腳密集度極高的特點(diǎn)，當(dāng)點(diǎn)陣液晶顯示器件為640×480甚至高于640×3×480時，或者LCD驅(qū)動IC的引腳超過200個以上時，封裝形式只能采用特殊的方式，常用的為TCP、COG、COF等，此時，后道測試時使用的Handler就必須選擇專用的TCP Handler。RGB輸入為高頻低振幅電壓隨著對顯示器屏幕尺寸要求的提高，為了保證顯示器的刷新頻率，對LCD Driver的RGB數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入信號的頻率也不斷提出更高的要求。由于LCD面板Pixel數(shù)目越來越多，RGB的輸入信號通常都采用200 mVp-p（甚至是100mVp-p）的高頻低振幅電壓進(jìn)行驅(qū)動以提高傳輸速度，因此測試系統(tǒng)必須能夠提供高精度的波形輸入部件為RGB輸入引腳輸入波形。縮短測試時間前面也已經(jīng)提到，LCD Driver IC的LCD驅(qū)動引腳數(shù)目巨大，而且各色