STN點(diǎn)陣類LCD靜電引起黑白條是什么原因？

　　近兩年，LCD的生產(chǎn)在中國蓬勃興起，華南一帶最近兩年就建立起了不少的新廠，因?yàn)楣ぷ鞯年P(guān)系，經(jīng)常與業(yè)內(nèi)的很多人士來往，其中有從業(yè)于LCD廠也有從業(yè)于LCM廠的，發(fā)現(xiàn)這個(gè)行業(yè)中有許許多多的問題困繞著大家。本文摘選其中的ESD（ElectricalStaTIcDischarge）問題進(jìn)行分析，因?yàn)樵贚CD、LCM生產(chǎn)過程中隨時(shí)會(huì)產(chǎn)生因?yàn)镋SD造成的不良，其中主要的不良有靜電對(duì)PI層的擊穿，靜電對(duì)顯示不良造成的影響。而本文著重對(duì)因靜電造成的STN點(diǎn)陣類黑、白條缺陷進(jìn)行解決，并對(duì)其它靜電類缺陷提供可行的解決建議。

　　本文從ESD產(chǎn)生的成因分析，重點(diǎn)解決靜電對(duì)LCD顯示黑白條的影響，同時(shí)以實(shí)驗(yàn)為手段對(duì)問題進(jìn)行驗(yàn)證，因?yàn)楸救说乃接邢?，其中有些看法可能?huì)有不當(dāng)，希望大家諒解。只希望本文能對(duì)從事LCD、LCM行業(yè)中的技術(shù)人員有所幫助。

　　一、靜電是如何產(chǎn)生的

　　自然界中的物質(zhì)都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶正電的電子與帶負(fù)電的質(zhì)子組成。一般情況下，原子中的電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等，物體呈現(xiàn)出不帶電現(xiàn)象。但是當(dāng)兩個(gè)不同物質(zhì)相互接觸時(shí)就會(huì)使一個(gè)物體失去電子帶正電而另一個(gè)物質(zhì)得到電子帶負(fù)電，若在分離過程中電荷難以中和就會(huì)使物體帶靜電。

　　二、靜電放電模式（ESD）

　　因?yàn)镋SD產(chǎn)生的成因及放電的方式各異，綜合分析，主要有以下幾種ESD模式：

　　1、人體放電模式（HumanBodyMode）

　　HBM模式主要是操作人員在走動(dòng)過程中，身體與衣物或鞋與地面發(fā)生摩擦積累靜電，當(dāng)人體與IC或LCD器件接觸，靜電會(huì)通過IC管腳或器件外電極導(dǎo)入IC器件內(nèi)或LCD盒內(nèi)。

　　2、設(shè)備放電模式（MachineMode）

　　MM模式是設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過程中積累靜電（如玻璃基板自動(dòng)運(yùn)送過程），當(dāng)設(shè)備接觸器件時(shí)，如果有電位差別，會(huì)產(chǎn)生ESD。

　　3、器件充電模式（Charge—DeviceMode）

　　CDM模式是器件本身積累靜電，尤其是LCD器件，當(dāng)上下兩片玻璃基板都積累了靜電且有很大的電位差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生ESD。CDM模式放電速度快，造成的破壞力大。成盒后的LCD在生產(chǎn)過程中盒內(nèi)也會(huì)導(dǎo)入大量電荷，如果遇到適當(dāng)?shù)姆烹姯h(huán)境，也會(huì)產(chǎn)生ESD。

　　4、電場(chǎng)感應(yīng)模式（Field-InducedMode）

　　FIM模式主要產(chǎn)生于LCM制程，當(dāng)IC經(jīng)過某一電場(chǎng)時(shí)，相對(duì)極性的電荷會(huì)通過一些管腳釋放掉，當(dāng)IC通過電場(chǎng)后便會(huì)積累一些靜電荷，此靜電電荷會(huì)通過類似CDM模式釋放。

　　5、測(cè)試導(dǎo)入模式（Test-GuideMode）

　　TGM模式為常見的一種模式，為LCD、LCM測(cè)試過程中在加電場(chǎng)測(cè)試過程中相對(duì)極性的電荷通過引腳進(jìn)入盒內(nèi)，導(dǎo)致某幾根電極呈帶電狀態(tài)，影響LC分子的扭轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為顯示黑條、白條。

　　三、LCD制程分析

　　一個(gè)基本的LCD生產(chǎn)制程主要分為以下幾個(gè)步驟：

　　玻璃基板裝藍(lán)—清洗—涂感光膠—UV暴光—堅(jiān)膜—刻蝕—剝離—清洗—TOP涂覆—PI涂覆—摩擦—清洗—印框—印點(diǎn)—成盒—切割—灌晶—裂粒—光臺(tái)檢—電性能檢—貼片

　　從以上步驟分析產(chǎn)生靜電的主要環(huán)節(jié)。

　　可以看出，靜電容易從滾輪傳送后及產(chǎn)品與人手接觸后產(chǎn)生。

　　四、靜電表現(xiàn)類型

　　常見的靜電對(duì)LCD的影響主要有以下幾個(gè)方面：

　　1、靜電對(duì)PI層擊穿

　　多出現(xiàn)在不同層之間的ITO形成電位差后瞬間放電，強(qiáng)大的電流燒傷PI。

　　2、靜電類顯示不勻

　　多出現(xiàn)在高溫帶電實(shí)驗(yàn)后，表現(xiàn)為塊狀顯示不勻。

　　3、顯示深、淺條

　　多出現(xiàn)在STN點(diǎn)陣產(chǎn)品顯示中，某一根或幾根產(chǎn)品顯示比其它的深黑或淺白。

　　五、靜電防護(hù)

　　在制程中不可能完全杜絕靜電的產(chǎn)生，但可以削弱其的影響。主要工作是在容易產(chǎn)生靜電的位置放置等離子除靜電裝置，適當(dāng)?shù)奶岣呤覂?nèi)的濕度，改善設(shè)計(jì)增加放靜電線，可以有效的減少靜電的產(chǎn)生，但以上措施只能適當(dāng)?shù)慕档蛯?duì)PI層的影響，對(duì)顯示黑、白條的影響并沒有太大的改進(jìn)。同時(shí)以上也不是本文要論述的重點(diǎn)。

　　為了解決靜電對(duì)顯示深、淺條的影響，采用DOE實(shí)驗(yàn)的方法設(shè)定了以下實(shí)驗(yàn)：

　　實(shí)驗(yàn)從PI的固含量及AT材料的防靜電性能考慮，分別采用兩個(gè)因素，兩個(gè)位極，

　　實(shí)驗(yàn)做出后，各組抽24粒產(chǎn)品，通過人為加靜電的方法給每粒產(chǎn)品加上大致相同的靜電，觀察電測(cè)黑白條消失的時(shí)間，結(jié)果如下：

　　通過計(jì)算分析計(jì)算，實(shí)驗(yàn)3效果最好。

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用實(shí)驗(yàn)工藝，針對(duì)以前客戶反饋的黑白條產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)，效果良好。

　　六、結(jié)論

　　1、LCD制程中的靜電可以通過增加除靜電離子風(fēng)及提高室內(nèi)的濕度等方法減少靜電的影響。

　　2、對(duì)靜電造成的顯示黑、白條等不良采用防靜電鈍化膜材料對(duì)釋放靜電的時(shí)間是有效的。實(shí)際從實(shí)驗(yàn)來看，鈍化膜材料影響不如PI的固含量影響大。

　　3、PI固含量的影響是很大的，PI固含量小、PI薄的產(chǎn)品與與之相反的產(chǎn)品靜電保持時(shí)間能減少一半以上，如果同防靜電鈍化膜材料配合用效果更好，釋放靜電均值更穩(wěn)定，延伸想的話，能采用防靜電的PI材料用此固含量可能更好，但應(yīng)考慮PI薄是否會(huì)造成其他缺陷，如暗顯等，最好采用此結(jié)論時(shí)根據(jù)自己公司的PI狀態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　LCD-IC驅(qū)動(dòng)分析：

　　液晶顯示的驅(qū)動(dòng)方式有許多種，常用的驅(qū)動(dòng)方法有：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。對(duì)于TN及STN-LCD一般采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)或多路驅(qū)動(dòng)方式。這兩種方式相比較各有優(yōu)缺點(diǎn)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度快、耗電少、驅(qū)動(dòng)電壓低，但驅(qū)動(dòng)電極度數(shù)必須與顯示筆段數(shù)相同，因而用途不如多路驅(qū)動(dòng)廣。

　　1.靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法是獲得最佳顯示質(zhì)量的最基本的方法。它適用于筆段型液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)。表一示出此類液晶顯示器件的電極結(jié)構(gòu)，當(dāng)多位數(shù)字組合時(shí)，各位的背電極BP是連接在一起的。振蕩器的脈沖信號(hào)經(jīng)分頻后直接施加在液晶顯示器件的背電極BP上，而段電極的脈沖信號(hào)是由顯示選擇信號(hào)A與時(shí)序脈沖通過邏輯異或合成產(chǎn)生，當(dāng)某位顯示像素被顯示選擇時(shí)，A=1，該顯示像素上兩電極的脈沖電壓相位相差180.，在顯示像素上產(chǎn)生2V的電壓脈沖序列，使該顯示像素呈現(xiàn)顯示特性；當(dāng)某位顯示像素為非顯示選擇時(shí)，A=0，該顯示像素上兩電極的脈沖電壓相位相同，在顯示像素上合成電壓脈沖為0V，從而實(shí)現(xiàn)不顯示的效果。這就是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法。為了提高顯示的對(duì)比度，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整脈沖的電壓即可。

　　當(dāng)液晶顯示器件上顯示像素眾多時(shí)，如點(diǎn)陣型液晶顯示器件，為了節(jié)省龐大的硬件驅(qū)動(dòng)電路，在液晶顯示器件電極的制作與排列上作了加工，實(shí)施了矩陣型的結(jié)構(gòu)，即把水平一組顯示像素的背電極都連在一起引出，稱之為行電極，把縱向一組顯示像素的段電極都連接起來一起引出，稱之為列電極。在液晶顯示器上每一個(gè)顯示像素都由其所在的列與行的位置唯一確定。在驅(qū)動(dòng)方式上相應(yīng)地采用了類同于CRT的光柵掃描方法。液晶顯示的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法是循環(huán)地給行電極施加選擇脈沖，同時(shí)所有為顯示數(shù)據(jù)的列電極給出相應(yīng)的選擇或非選擇的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)某行所有顯示像素的顯示功能，這種行掃描是逐行順序進(jìn)行的，循環(huán)周期很短，使得液晶顯示屏上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的圖象。我們把液晶顯示的掃描驅(qū)動(dòng)方式稱為動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。

　　LCD驅(qū)動(dòng)IC的發(fā)展現(xiàn)狀

　　LCD的驅(qū)動(dòng)類型大體可區(qū)分成TN（TwistedNemaTIc）、STN（Super-TwistedNemaTIc）（附注1），以及TFT（Thin-FilmTransistors）等3類，其中TNLCD多半使用在數(shù)字表、計(jì)算器等簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示，而TFT則小至數(shù)字相機(jī)的觀景窗，大至數(shù)十英寸的液晶平面電視都有使用。

　　所以，數(shù)字表也需要LCD驅(qū)動(dòng)IC，大尺寸液晶顯示也需要驅(qū)動(dòng)IC，然不同類型的LCD、不同尺寸的LCD卻必須搭配不同的驅(qū)動(dòng)IC，沒有一種LCD驅(qū)動(dòng)IC可以合乎各種類型、各種尺寸的驅(qū)動(dòng)需求，因此在談?wù)揕CD驅(qū)動(dòng)IC時(shí)必須有更明確、更具體的范疇定義，才能夠完整說明與討論。

　　當(dāng)然，有關(guān)TN、STN之類的LCD驅(qū)動(dòng)IC其技術(shù)已相當(dāng)成熟，技術(shù)發(fā)展與市場(chǎng)增長都達(dá)一定程度，因此已少有人關(guān)注，也因?yàn)榧夹g(shù)的成熟，使大陸的IC設(shè)計(jì)業(yè)者也逐步跨入此領(lǐng)域，如此也迫使日本、南韓、臺(tái)灣的驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)業(yè)者必須朝更高技術(shù)性的LCD驅(qū)動(dòng)IC發(fā)展，從TN、STN轉(zhuǎn)向TFT，從小尺寸轉(zhuǎn)向大尺寸。

　　另外一個(gè)加速臺(tái)灣驅(qū)動(dòng)IC提升的動(dòng)力，是來自液晶面板廠。由于臺(tái)灣已經(jīng)成為全球液晶面板的組裝、制造重鎮(zhèn)，如果LCD驅(qū)動(dòng)IC仍要持續(xù)倚賴進(jìn)口，將難以掌握制造成本、制造時(shí)程，所以國內(nèi)的面板大廠也都積極于LCD驅(qū)動(dòng)IC的國產(chǎn)化，例如奇美電子（CHIMEI）即轉(zhuǎn)投資奇景光電（Himax），由奇景光電研制LCD驅(qū)動(dòng)IC，以大宗供應(yīng)給奇美電子。

　　LCD驅(qū)動(dòng)IC的接口

　　LCD驅(qū)動(dòng)IC必須先接收來自LCD控制IC的畫面訊號(hào)，之后才能透過數(shù)字轉(zhuǎn)模擬的程序來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而這個(gè)接收的輸入接口仍在持續(xù)演化中。

　　目前最常見的接口是RSDS（ReducedSwingDifferenTIalSignaling），這是美國國家半導(dǎo)體（NationalSemiconductor;NS，簡(jiǎn)稱：國半）以LVDS（Low-VoltageDifferentialSignaling，低電壓差動(dòng)信號(hào)）接口為基礎(chǔ)所定義出的接口，此接口的優(yōu)點(diǎn)在于低電磁干擾（EMI）、低功耗，并盡可能保有傳輸效能與畫面分辨率。RSDS原本是NS自有的技術(shù)，不過之后則開放使用，今日多數(shù)的時(shí)序控制器芯片、源極驅(qū)動(dòng)器芯片都實(shí)行RSDS接口。此外也有人支持最傳統(tǒng)的TTL（Transistor-TransistorLogic）接口。

　　在RSDS后NS又提出一種新的接口，稱為PPDS（PointtoPointDifferentialSignaling），新接口的優(yōu)點(diǎn)在于支持更高的畫面分辨率、更高的傳輸（運(yùn)作）頻率，同時(shí)也能縮減傳輸?shù)木€路數(shù)目，不僅能抑止EMI，同時(shí)節(jié)省電路板布線面積及成本。另外還也一種迷你型的LVDS，稱為mini-LVDS，也是因應(yīng)高尺寸趨勢(shì)而有的新技術(shù)提案，mini-LVDS也有助于傳輸線路數(shù)的縮減，mini-LVDS往后也可能實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)作法，如此將稱為PPmL（PointtoPointmini-LVDS）。

　　常見的LCD驅(qū)動(dòng)IC

　　一、字符型LCD驅(qū)動(dòng)控制IC

　　市場(chǎng)上通用的8×1、8×2、16×1、16×2、16×4、20×2、20×4、40×4等字符型LCD，基本上都采用的KS0066作為LCD的驅(qū)動(dòng)控制器

　　二、圖形點(diǎn)陣型LCD驅(qū)動(dòng)控制IC

　　1、點(diǎn)陣數(shù)122×32

　　2、點(diǎn)陣數(shù)128×64

　?。?）ST7920/ST7921，支持串行或并行數(shù)據(jù)操作方式，內(nèi)置中文漢字庫

　?。?）KS0108，只支持并行數(shù)據(jù)操作方式，這個(gè)也是最通用的12864點(diǎn)陣液晶的驅(qū)動(dòng)控制IC

　?。?）ST7565P，支持串行或并行數(shù)據(jù)操作方式

　?。?）S6B0724，支持串行或并行數(shù)據(jù)操作方式

　?。?）T6963C，只支持并行數(shù)據(jù)操作方式

　　3、其他點(diǎn)陣數(shù)如192×64、240×64、320×64、240×128的一般都是采用T6963c驅(qū)動(dòng)控制芯片

　　4、點(diǎn)陣數(shù)320×240，通用的采用RA8835驅(qū)動(dòng)控制IC

　　LCD驅(qū)動(dòng)IC的拓展功能

　　LCD驅(qū)動(dòng)IC可運(yùn)用其驅(qū)動(dòng)控制手法來提升液晶畫質(zhì)，由于傳統(tǒng)CRT（陰極射線管，俗稱：映像管）的顯示是用電子光束打擊熒光質(zhì)，光束移位后熒光質(zhì)的發(fā)光效應(yīng)就開始消退，相對(duì)的LCD的顯示是持續(xù)持留性的，因此LCD的動(dòng)態(tài)顯示效果不如傳統(tǒng)CRT，為了達(dá)到逼近于CRT的顯示特性，因此LCD驅(qū)動(dòng)IC改變了驅(qū)動(dòng)方式，也實(shí)行類似電子光束的間歇脈沖方式（ImpulseType）來驅(qū)動(dòng)，以此改善動(dòng)態(tài)畫質(zhì)。

　　另外LCD有液晶反應(yīng)較慢的殘影（附注4）問題，為了減少殘影對(duì)畫質(zhì)的影響，LCD驅(qū)動(dòng)IC也會(huì)提供「插黑，插入全黑色的影像」的驅(qū)動(dòng)控制功效，即是在替換成下一個(gè)畫面前，會(huì)先停止整個(gè)液晶畫面的驅(qū)動(dòng)，使液晶呈現(xiàn)黑色，之后再換替成下一張畫面，當(dāng)然，這個(gè)黑色畫面的時(shí)間很短暫，僅十?dāng)?shù)毫秒，但卻具有消除殘影的效果。為了實(shí)現(xiàn)插黑機(jī)制，與TFTLCD驅(qū)動(dòng)器芯片相搭配運(yùn)作的時(shí)序控制器也必須能共同配合才行。

　　要注意的是，由LCD驅(qū)動(dòng)IC進(jìn)行插黑控制，主要是使用CCFL背光源，而今有許多液晶電視、液晶顯示器開始改采LED背光源，由于LED的點(diǎn)亮、熄滅速度反應(yīng)極快，不像CCFL的點(diǎn)亮、熄滅較慢，因此LED背光也可用短時(shí)間內(nèi)熄滅所有背光LED來達(dá)到插黑效果，這時(shí)就不用透過LCD驅(qū)動(dòng)IC來進(jìn)行插黑。

　　附帶一提的是，此一插黑若是透過軟件或影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)，那么將會(huì)增加視訊傳輸?shù)念l寬耗占，為了避免此一耗占就必須在TFTLCD驅(qū)動(dòng)器芯片中，直接內(nèi)建插黑的控制功效，TFTLCD驅(qū)動(dòng)器芯片的設(shè)計(jì)業(yè)者對(duì)此問題，也增加了芯片的控制接腳（或稱：引腳），例如增加了BWSEL（BlackWhiteSelect）的信號(hào)，將此接腳輸入Hi（High）信號(hào)即可對(duì)TFTLCD進(jìn)行插黑。

　　當(dāng)然，改善殘影、殘像的方式不是只有一種，也有試圖從其它層面來解決的構(gòu)想。例如有業(yè)者開發(fā)OCB高速液晶材料，使液晶的扭轉(zhuǎn)操作更為快速，或者也有業(yè)者認(rèn)為，改變液晶的操作維度也可加速扭轉(zhuǎn)的角度變化，此稱為垂直扭轉(zhuǎn)，垂直扭轉(zhuǎn)雖然可以達(dá)到更快速的扭轉(zhuǎn)，但也因?yàn)榕まD(zhuǎn)角度的減少使液晶的遮光能力變差，結(jié)果很可能是：液晶轉(zhuǎn)變的速度變快了，但全黑時(shí)的黑度卻也更差了，因?yàn)橐壕まD(zhuǎn)至極致時(shí)，仍會(huì)有光從背光穿透到前端。