LCD Driver IC 測試方法及其對測試系統提出的挑戰

LCD顯示器件在中國已有二十多年的發展歷程，已經從最初的以數字顯示為主轉變為以點陣字符、圖形顯示為主。LCD顯示設備以其低電壓驅動、微小功耗、能夠與CMOS電路和LSI直接匹配、具有極薄的扁平結構、可以在極亮的環境光下使用、工藝簡單等等特點成為了極有發展前景的顯示器件。
　　LCD顯示器件種類繁多、發展迅速，從種類到原理、從結構到效應、從使用方式到應用范圍差異很大，從測試原理上來說也就會有一些不同，目前比較常用的是STN和TFT的LCD顯示器件。由于色彩表現能力、反應/刷新時間、視角等因素的限制，STN已經退出了大屏幕LCD器件的市場。不過由于彩屏手機、PDA市場的拓廣，STN器件憑借其結構簡單，技術要求不高，而且投資成本低等特點目前依然占有相當的市場份額。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動時也不會有虛影和拖尾現象。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，但在生產設計時LCD Driver芯片依然是一個獨立的部件。并且它的模擬輸出直接驅動顯示面板，因而LCD Driver IC的品質是液晶顯示效果的決定性因素，因此出廠前必須經過嚴格的測試。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，對于測試環境也是一個不小的考驗，而且這種IC發展迅速，測試環境必須有一定的裕量，只有選擇合適高效的測試系統才能夠節約成本，提高生產效率。
　　由于STN并不是發展的趨勢和主流，后文中我們將主要針對TFT的LCD Driver IC來談談此類IC的測試方法。
　　為了驅動TFT的液晶顯示器需要使用Gate Driver 和Source Driver兩種Driver IC，其中Source Driver負責提供列上各色素點的驅動電壓，而Gate Driver控制每一行像素的選通狀態。TFT Driver IC的難點主要是在于Source Driver IC的設計開發和測試。
　　LCD Driver的測試方法
　　和普通的IC一樣，LCD Driver IC在生產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而具有一些特殊的測試項目。

　　一般來說，LCD Driver IC會執行以下的一些測試項目：
　　（1） 參考電壓源的動態電流測試（芯片處于運行狀態）
　　主要是測試參考電壓源引腳在芯片運作時的電流消耗，由于只是作為D/A轉換時的基準電源，因此這個電流通常應當不大。
　　（2） 功能測試
　　用于檢驗IC能否完成應當具備的功能，例如：接受RGB輸入并輸出合適的驅動電壓，選通進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參數測試（VSIM / ISVM）
　　測定IC的一些具體的電流、電壓參數。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（直流參數測試部件）或HVDC（高壓直流參數測試部件）進行測試。
　　（4） Contact測試（聯接完好性測試）
　　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輸出引腳都需要分別進行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內部的反偏保護二極管進行測試的。
　　（5） 動態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）模式和節能模式，這時就需要使用Pattern程序為IC輸入特定的信號選通進入指定的模式，然后再進行電流的測試。
　　（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顯示器件的色彩表現是通過向LCD面板加不同的電壓來實現的，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 驅動引腳的輸出電壓是否是在預期的范圍內來完成測試的，如圖2所示。

　　如果LCD Driver輸出的驅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值。
　　假如顯示色彩的深度比較高，那么驅動電壓的測試精度要求就會比較高，那么LCD-CP已經無法滿足測試的要求，這時候就需要使用數字采樣器（Digitizer）來完成測試。數字采樣器的數量將直接關系到測試的時間。
　　（7） AC參數測試
　　眾所周知，響應/刷新時間是LCD顯示器件除了色彩深度以外最重要的指標之一，AC參數測試就是為了對IC的開關特性進行檢驗。諸如：輸出響應時間、輸入最小設置/保持時間等，這些都屬于AC參數測試的范疇。
　　（8） LCD輸出偏差測試
　　對于大屏幕的顯示器件來說，Driver IC的輸出引腳數量巨大，要求各引腳在同樣的RGB數據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象，而且這些顯示器件通常需要使用多枚IC同時進行驅動，那么就會要求這些IC在同一RGB輸入數據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據，然后進行輸出偏差、極限值、平均值等等相關計算。