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平板显示器的测试技术
显示器件测量所用的探头和参数测试仪与常规CMOS和双极器件制造厂家所用的相同。AMLCD制造商的客户中，很多是在亚洲地区。与有源矩阵式FPD相关的测量与测试技术基本上与其它半导体器件的测量与测试技术相同，但是也有很大的差别，那就是需要使用新的测试仪表与测量方法。
显示器OEM与半导体制造商采用各种明显不同的原型研制和生产设备。一般的情况是，在测试显示器时，所用探头体积比较大些，相关仪器与被测器件(DUT)之间的距离也比测试一般半导体晶片时大。距离增加导致电缆长度引起的种种问题，如引起更大的寄生电容和噪音，这些将会降低仪器的灵敏度，延长测量的稳定时间，降低测试能力——这恰恰与显示器OEM的要求相悖。为了在测试新型显示器件时避免出现这些问题，通常需要采用创新的测量技术，并对测试设备进行改进。
非晶硅技术在显示屏领域占支配地位 AMLCD用的传统技术——非晶硅(a-si)技术依然在从移动电话到PDA、便携式计算机、台式机监视器和大多数电视显示器的市场上占支配地位。这是因为该技术的精细度高和成本低的缘故，尽管a-si薄膜晶体管(TFT)器件与新式的LTPS液晶显示器相比速度较慢，尺寸较大，阻挡的光线较多，所需要的外部电路较多。目前发展到第五代和第六代的a-si衬底技术，仍被用来制造更大的显示器，当然，各制造商正在努力通过增加产量和提高成品率来进一步降低成本。 成本是人们关心的主要因素，所以必须使生产过程中的测试时间减小到最低程度。一般说来，在生产环境中只测量基本的特性，其中包括：
* 带上/下滞后的Id-Vg扫描曲线
* 电压阈值 Vth 革新
* 正向（导通）电流电平
* 泄漏（关断）电流IL
* 开关（响应）时间
* 接触链的电阻和电容
这些测量是在液晶显示屏外边缘周围的几个测试元件组 (TEG) 上进行的。有时，也对少量工作像素进行测量，检查它们的一致性。铟/锡氧化物(ITO)传导层的特性也可能予以抽查。测量FPD中有源元件特性的典型系统包括直流源测量单元、开关矩阵（允许用一套仪器测量多个器件）、探测台以及各种部件之间的电缆连线。由于玻璃基板的尺寸较大，FPD生产设备，包括用于接触液晶显示器测试元件组(TEG)和工作像素的相关探测台在内，往往也相当大，并且高度自动化。这就很难把测量仪器安放在*近信号源的位置上，因此自然就会用一根较长的电缆将探测卡和仪器的测试头互连起来，但这种常用的解决办法又会产生其它测量问题。测量液晶显示器薄膜晶体管（LCD TFT）的参数，一般都要求以极高的灵敏度测量关断状态下的漏极电流。如果阈值电压和亚阈值（泄漏）电流太高，就会出现图像重影，所以 IL 的测量精度必须达到fA级。栅极漏电流也像其它低电流现象一样对器件的性能非常重要。
当FPD的特性测试系统配置好了以后，技术规范制定者常常把注意力集中到直流参数测量仪器上，而忽略了该系统的其余部分，如电缆、探头等。事实上，如果质量低劣或屏蔽不良的电缆和漏电流大的开关系统常常直接位于信号路径上，该系统的这些元件更可能是一个个噪声源。 在超低电流测量时，重要的是要有一个严格组合在一起的参数特性测量系统，其中不仅包括测量仪器，也包括测试夹具、探测台、开关系统、连线、电缆、地线和屏蔽。因此，测试工程师要有系统全局的观点。即使测量系统配置得当，下列问题仍会影响测量噪声、测量精度和测量速率：
* 电缆及其引入的寄生电容和旁路电阻
* 接地/屏蔽/防护
* 开关矩阵中的电位偏移与泄漏
* 探测卡和测试头设计
* 仪器噪声和稳定时间
* 环境电气噪声电平及类型
* 测试元件组器件与相关的测试策略
独特的测试问题要用独特的方法来解决必须使用各种有效的技术把上述问题所造成的误差、噪声和过长的测试时间减小到最低程度。通常这要求用独特的方法来解决独特的器件、材料和设备问题。例如，Keithley公司的4200-SCS型半导体特性测试系统就可以作为液晶显示（LCD）器件测试的低噪声平台。4200-SCS型的模块化设计、本机或远程前置放大器以及灵活的GUI（图形用户界面）软件环境使其适用于典型的FPD 生产测试。
一般而言，当被测器件（DUT）的信号非常小（即信噪比很小）时，系统噪声对测量完整性的影响最大。这是因为难以做到放大信号的同时而不放大噪声。很明显，在FPD测试中，解决低电平测量精度的关键就是提高信噪比。4200-SCS的噪声规格只有测量范围的0.2%左右，这就是说，在最低电流测量范围时的噪声峰-峰值只有几个fA。利用适宜的信号平均方法（通过滤波和提高电源线周期积分的数量），还可以进一步降低噪声值。如果这样会引起测试效率的下降，那么使用它的远程低噪声前置放大器选件，就可以使测量精度达到fA级。
为了获得这样高的灵敏度，前置放大器一般是远距离地安装在探测台上。这样安排之后，信号在放大前只传输很短的距离（仅为探针的长度）。然后，经前置放大后的信号通过电缆和开关矩阵进入测量硬件。
这样的安排之所以也能缩短测量稳定时间，有利于提高测试效率，乃是因为电缆长度大大缩短了，寄生电容也随之大大减小了。测试效率还可用Keithley 公司的矩阵开关系统系列产品来进一步地提高，因为这种矩阵开关系列能使测试系统同时测量多个被测器件。这些低泄漏矩阵开关卡是专门设计用于超低电流测量的。
早期的多晶硅所需的很高淀积温度，对于玻璃上液晶显示器的制造工艺来说，是行不通的。但是，今天的LTPS技术已经克服了许多这类制造上的难题，而它固有的较高速度对显示器的好处是显而易见的。玻璃上p-si的另一个优点是在同样的加工过程中还可以制造驱动芯片电路，从而既节省成本和空间，又提高了可*性。随着适用更低温度的各种低成本新生产工艺的开发， p-si显示器将更加先进，并占有越来越大的市场份额。p-si显示器将很快成为高附加值的智能显示器，它除了具有阵列驱动器之外，最终还将包括存储器和CPU。与当前几代a-si或p-si技术相比，这种“玻璃上的系统”FPD功耗将更低，生成的图像更亮，响应速度更快，具有更高的分辨率，而需要的外部电路更少。 LTPS 显示器除了有像素薄膜晶体管之外，还含有其它控制器件，所以需要对它进行更多的测试，而LTPS显示器的目标是以视频速率工作。这些测试包括驱动IC的测试、用时钟信号进行的数字测试以及对高频工作情况的检验。因此，测试的高效率比在传统的a-si显示器中更为重要。如果p-si有源器件更小，并在较低电流下工作效率更高，则测试这些器件所需测量灵敏度要比测试a-si器件更高。除此之外，对p-si FPD进行类似的参数测试时也同样会遇到与a-si技术相关的所有测量问题。然而，附加的信号源和测量仪器会使LTPS测试系统部件的集成更成问题。这些问题包括参数测试仪接口问题、同步问题以及软件兼容性问题。
使灵敏度与速度最佳
随着20世纪90年代视频设备用的高速AMLCD显示器的不断发展，仪器制造商开发了各种完整的高速工艺监控系统，这些工艺监控系统有助于OEM提高器件的成品率，并更方便地控制产品质量。使测量灵敏度和效率最佳的各种测试平台也纷纷上市。当超低电流测量已不再是个问题时，Keithley公司的S400 型全自动参数测试(APT)系统，因其采用寄生参量极低的开关矩阵和灵敏的SMU，而大大提高了在全电缆互连的设备中的测试效率。当既要求低电平测量又要求高的测试效率时，Keithley S600 型APT系统在提供优异的低电流性能的同时，还能实现高速伪并行或（在许多情况下）真实并行操作。为了提高S400应用中的测量灵敏度，4200-SCS可通过系统矩阵与多达4个独立的像素探测卡连接。在这样的配置下，在被测器件处的电流灵敏度可以达到1～2 fA。还有许多种其它硬件可以用来优化特殊用途的系统性能。
下一个浪潮： OEL FPD
有机电致发光(OEL)FPD，包括有源和无源的OEL FPD在内，正在迅速接近商品化。图3示出了一种典型的OEL FPD。目前已经出现了两种新技术，它们似乎适用于不同的应用领域。
正在开发的发光聚合物(LEP)器件是以英国剑桥大学Burroughes和其他人发明的大分子聚合物技术为基础的。LEP器件将被用于小面积、低速、低分辨率的设备，例如移动电话、数字化“纸和墨”、编织物、贺卡、橱窗与流行音乐广告设备等。聚合物显示器技术的优点是可在玻璃衬底上沉积出多层薄膜，而且在某些情况下可用光刻法在这些薄膜上形成图形。因此，从理论上说，简单廉价的有源矩阵显示器和成本较高的高分辨率显示器（具有精细的不同光体条，用以形成全彩图象）是很容易实现的。
以柯达公司小分子技术为基础的oled（有机发光二极管）器件是与大多数半导体加工工艺兼容的，但其制造技术比LEP复杂得多。尽管如此，OLED器件在监视器和电视机等大信息量视频带宽显示器方面处于最前列。由于有许多研究人员和新公司致力于开发这一技术，OLED器件几乎肯定会在这些设备中动摇硅基液晶显示器的统治地位。（至今没有人成功地集成出具有有源矩阵OLED显示器所能达到的高密度的无机LED阵列。）
材料寿命依然是限制OEL FPD技术广泛应用的关键问题，因此开发性测试的重点是根据工作寿命和光输出之间的关系来评估材料、工艺和器件。当前在产品开发和工艺开发中对器件特性进行测试的测试系统，只要稍加改进，今后还可以用于监控发展中的工艺，并有助于制造厂家提高成品率和产品质量。
使用Keithley公司的SourceMeter系列电流电压源等仪器级解决方案可以开发出测试OLED器件的测试系统。SourceMeter系列电流和电压源也包括具有精密的电流和电压测量能力。此外，这些核心I-V工具还具有与其它仪器和高密度开关系统（如Series 2000系列DMM、Series 7000 系列开关主机和Series 2700集成化数据记录系列）的系统级兼容能力。这些仪器可以组合成各种配置，用以建立测量寿命、I-V和光－电流－电压(LIV)特性的人工或自动测试系统。
与OLED测试相关的问题之一是这些结构具有较大的电容量。尽管OLED所需进行的多种测量是与AMLCD相同的，但是，测试系统和测试方法必须能应付较大的电容量，而不增加太多的测试时间。此外，如果OEL FPD的像素是有源发光器件，则重要的是要在直流和脉动直流的工作条件下测量其 LIV 特性。这样做会增加测试的复杂性。
随着OEL技术不断向前发展，半导体测试系统制造商必须与主要的公有部门和私有部门的研究人员、材料供应商和大型FPD制造商密切合作。这些技术合作必须继续发展，以确定有助于优化目前尚处于开发和概念研究阶段的产品的新的测试技术和仪器。这些产品将包括对现有液晶显示器（LCD）技术加以改进而形成的产品以及未来各种完全不同的OLED技术所产生的产品。 |
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发表于 2006-6-5 13:48:31
