LCD Driver测试技术

LCD Driver测试技术
张明铭
（爱德万测试（苏州）有限公司上海分公司，上海 210012）
1 引言
液晶显示器利用液晶本身的光学异相性，通过外加电压控制液晶分子的转动，进而改变光线的透过率形成不同的灰阶。在冶金显示系统中，LCD Driver IC被用来向液晶面板施加电压。 液晶显示器从驱动方式上可以分为无源矩阵（Passive Matrix）、有源矩阵（Active Matrix）两大类。PMLCD包括MSTN（Mono STN）、CSTN（Color STN）等技术。AMLCD主要有a－si TFT LCD、LTPS TFT LCD等。
由于无法避免像素之间的串扰，STN型液晶显示器件不能应用于大屏幕的液晶显示器产品。虽然随着驱动算法和驱动芯片的发展，STN型的液晶显示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依然占有一定的市场份额，但是固有的缺点使其逐渐淡出主流显示器件的竞争行列，见图1。
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TFT型的液晶显示器件通过有源器件将像素隔离，消除了像素之间的串扰，TFT型的液晶显示器件不仅可以应用于大屏幕的平板显示器件，而且大幅提高了图像的显示质量。因此TFT型液晶显示器件是目前市场上的主流产品。大多数的IC生产设计厂商也将重点放在TFT LCD Driver 的相关开发和生产。后文中我们将主要针对TFT LCD Driver来谈谈此类IC的测试方法。
驱动TFT型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。近年来，集成MPU接口，Timing Controller、Source Driver、Gate Driver、Power Management、以及Gamma Reference的Controller Driver 也广泛应用于移动设备中。
2 特点
LCD Controller Driver框图见图2。与传统的SoC芯片相比，LCD Driver IC具有以下特点：
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（1）高电压：作为有源器件，TFT需要很高的电压才能使其导通。Gate Driver IC可能需要提供接近40V的高电压才能保证液晶显示器能够正常工作；同时Source Driver IC也具备提供20V左右驱动电压的能力，以满足液晶光电特性的要求。
（2）数目庞大的输出管脚；LCD显示器件的规格的不断扩大（＞17 inch），但是行列驱动芯片的数量却基本上不变，这使得单个IC的LCD驱动引脚的数目也就越来越多，许多LCD Driver IC的驱动引脚数已经达到700以上。
从表1可以看到随着面板尺寸的增加，LCD Driver的输出引脚数目会有显著的增大。
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（3）集成度高；为精简整个系统的外部回路以适应便携式产品的需要，一些LCD Driver在内部集成了Oscillator、DC－DC Converter等功能模块。
（4）内建存储器；部分LCD Driver集成了与面板大小相对应的Display SRAM，用来暂存输入的RGB数据。
3 测试方法
大多数的LCD Driver IC在生产过程中需要经过CP（Central Process）测试和FT（Final Test）测试。由于LCD Driver IC引脚密集度极高，封装形式都只能采用特殊的方式，如TCP，COF等，在CP Test和FT Test中都需要使用Probe Card 完成测试机台与芯片的连接。
一般来说，LCD Driver IC的测试中会执行以下的一些测试项目：
（1）Contact测试（链接完好性测试）。Contact测试可以验证测试通道与芯片对应管脚的连接是否完好，通常都是借助于IC内部的ESD保护二极管进行测试。
（2）数字部分功能测试。用于检验芯片数字部分的功能是否达到设计要求，包括MPU接口，芯片内部算法等。测试需要使用测试向量文件为IC提供输入信号，并且检验引脚的输出是否和期待值相符合。
（3）功耗测试。功耗测试是通过测量芯片电源引脚上电流的方法实现的，测试过程中首先使用测试向量文件使芯片进入特定的工作状态。如Standby模式，然后再测定电流。
（4）色阶测试。通过芯片数字接口写入不同RGB值的同时，使用比较器对所有输出引脚上的电压同时进行测试，验证输出电压是否在一定范围内，色阶测试只是验证芯片整体功能是否正常，并不需要测定具体的电压数值，见图3。
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（5）输出偏差测试。LCD Driver IC的输出引脚数量巨大，如果各个引脚在同样的RGB数据输入时的输出电压偏差过大，在显示时就会有各像素显示颜色不一致的现象。为了保证LCD Driver IC能够正常工作，就必须测定各引脚在不同RGB输入时的输出电压的实际数据，然后进行输出偏差，极限值、平均值等相关计算，见图4。
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测试系统可以使用DC测试单元和数字采样器测定具体的电压值。一般的DC测试部件的测试时间为几到几十个毫秒，采用这种方式的测试时间会比较长，如果IC的色彩深度高一些的话（65535色），测试时间根本无法让人接受，因此在进行此类测试时使用数字采样器（Digitizer）来连续地进行电压采样，就可以在很短的时间完成测试了。
在这种情况下，由于DCD输出引脚数量很大，可以同时进行电压采样的数字采样器的数量与所需的测试时间成反比，增长同步工作的数字采样器的数量将会节约测试时间，大幅降低IC的相对生产成本，但是另一方面，数字采样器数量的提升会引起测试系统成本的上升，因此适当地将每几个LCD输出通道配备一个数字采样器是一个折中的解决方案，例如LCD测试系统的主要生产厂商Advantest的T6300系列测试系统就是使用每8个LCD输出引脚配备一个数字采样器的配置方法。
另外，由于需要采样数据巨大，数据运算也需要一定的时间，如果在数据采样的同时能够进行数据运算工作，将大大缩短测试时间。目前这种工作方式在T6300系列测试系统上已经通过Double－Bank AQM的构架实现。
（6）内嵌存储器测试。随着屏幕面积的增大，LCD Driver IC内部集成的存储器也越来越大，由于针对LCD Driver IC的测试系统并没有提供专门用于存储器测试的组件ALPG（Algorithmic Pattern Generator），测试向量只能由SQPG（Sequential Pattern Generator）产生。如果采用逐个寻址的方法进行测试，测试向量的复杂度将很高。因此，设计人员会在与测试工程师沟通的基础上，在芯片内集成相应的DFT模块，以提高该项测试的效率。
（7）Trimming。由于工艺上的偏差可能造成芯片之间某些部分的特性有差异，为了保证芯片的一致性，设计人员在芯片内部预留了用于调整的电路，例如在测试过程中，可以通过外加电流熔断芯片中相关的回路以达到调整内部电路的目的。 （8）内建功能模块的测试。由于LCD Controller Driver集成了如Oscillator、DC－DC Convert等电路，在进行评价测试时，需要对这些电路的电气参数作单独验证，检验其是否达到设计要求。
4 LCD Driver 对测试系统提出的要求
（1）大量的高电压模拟输出测试通道。针对LCD Driver IC的测试系统，需要具备海量的模拟输出引脚同时测试的能力以对应LCD Driver IC庞大数目的驱动输出引脚。
（2）高速的数字通道。为了保证显示器的刷新频率，对LCD Driver 的数字数据输入信号的频率也不断提出更高的要求，RGB数据的输入信号通常都采用高频（800MHz），低振幅（100mVP－P）的信号进行驱动，因此测试系统需要提供能够满足高速接口标准（如RSDS、LVDS）的数字信号。
（3）测试时间。LCD Driver IC的LCD驱动引脚数目巨大，而且各色阶的驱动电压（模拟电压）都必须分别进行测定，因此测试时间会比较长，怎样提高测试效率，缩短测试时间是直接关系到厂商利益的焦点。见图5。
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由于LCD Driver IC需要对中高端的LCD Driver IC（诸如：TFT Source Driver IC）输出引脚的电压进行偏差分析、极限值分析等运算，所以需要具有大量的数字采样仪（Digitizer）来同时进行模拟电压量的采样，并要求测试系统的OS可以提供便捷和高效的运算程序或库函数来辅助计算，实现高效低成本的测试。
（4）测试程序的开发，LCD驱动芯片种类繁多，更新极快，因此要求必须缩短测试程序的开发周期，并提供良好的测试系统管理/操作界面。
5 小结
LCD Driver IC的品质是液晶显示器效果的决定性因素，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。
Advantest拥有尖端的IC测试设备和测试技术，我们希望能与业内人士进行深入广泛的合作和交流，开发更高效、更经济的IC测试解决方案。治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架http://www.zhijv.com/news1/18.htm
　
　
本文摘自《电子工业专用设备》