STN點陣類LCD靜電引起黑白條是什么原因？

　　近兩年，LCD的生產在中國蓬勃興起，華南一帶最近兩年就建立起了不少的新廠，因為工作的關系，經常與業內的很多人士來往，其中有從業于LCD廠也有從業于LCM廠的，發現這個行業中有許許多多的問題困繞著大家。本文摘選其中的ESD（ElectricalStaticDischarge）問題進行分析，因為在LCD、LCM生產過程中隨時會產生因為ESD造成的不良，其中主要的不良有靜電對PI層的擊穿，靜電對顯示不良造成的影響。而本文著重對因靜電造成的STN點陣類黑、白條缺陷進行解決，并對其它靜電類缺陷提供可行的解決建議。

　　本文從ESD產生的成因分析，重點解決靜電對LCD顯示黑白條的影響，同時以實驗為手段對問題進行驗證，因為本人的水平有限，其中有些看法可能會有不當，希望大家諒解。只希望本文能對從事LCD、LCM行業中的技術人員有所幫助。

　　一、靜電是如何產生的

　　自然界中的物質都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶正電的電子與帶負電的質子組成。一般情況下，原子中的電子數與質子數相等，物體呈現出不帶電現象。但是當兩個不同物質相互接觸時就會使一個物體失去電子帶正電而另一個物質得到電子帶負電，若在分離過程中電荷難以中和就會使物體帶靜電。

　　二、靜電放電模式（ESD）

　　因為ESD產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過程中，身體與衣物或鞋與地面發生摩擦積累靜電，當人體與IC或LCD器件接觸，靜電會通過IC管腳或器件外電極導入IC器件內或LCD盒內。

　　2、設備放電模式（MachineMode）

　　MM模式是設備生產運行過程中積累靜電（如玻璃基板自動運送過程），當設備接觸器件時，如果有電位差別，會產生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，當上下兩片玻璃基板都積累了靜電且有很大的電位差時，會產生ESD。CDM模式放電速度快，造成的破壞力大。成盒后的LCD在生產過程中盒內也會導入大量電荷，如果遇到適當的放電環境，也會產生ESD。

　　4、電場感應模式（Field-InducedMode）

　　FIM模式主要產生于LCM制程，當IC經過某一電場時，相對極性的電荷會通過一些管腳釋放掉，當IC通過電場后便會積累一些靜電荷，此靜電電荷會通過類似CDM模式釋放。

　　5、測試導入模式（Test-GuideMode）

　　TGM模式為常見的一種模式，為LCD、LCM測試過程中在加電場測試過程中相對極性的電荷通過引腳進入盒內，導致某幾根電極呈帶電狀態，影響LC分子的扭轉，表現為顯示黑條、白條。

　　三、LCD制程分析

　　一個基本的LCD生產制程主要分為以下幾個步驟：

　　玻璃基板裝藍—清洗—涂感光膠—UV暴光—堅膜—刻蝕—剝離—清洗—TOP涂覆—PI涂覆—摩擦—清洗—印框—印點—成盒—切割—灌晶—裂粒—光臺檢—電性能檢—貼片

　　從以上步驟分析產生靜電的主要環節。

　　可以看出，靜電容易從滾輪傳送后及產品與人手接觸后產生。

　　四、靜電表現類型

　　常見的靜電對LCD的影響主要有以下幾個方面：

　　1、靜電對PI層擊穿

　　多出現在不同層之間的ITO形成電位差后瞬間放電，強大的電流燒傷PI。

　　2、靜電類顯示不勻

　　多出現在高溫帶電實驗后，表現為塊狀顯示不勻。

　　3、顯示深、淺條

　　多出現在STN點陣產品顯示中，某一根或幾根產品顯示比其它的深黑或淺白。

　　五、靜電防護

　　在制程中不可能完全杜絕靜電的產生，但可以削弱其的影響。主要工作是在容易產生靜電的位置放置等離子除靜電裝置，適當的提高室內的濕度，改善設計增加放靜電線，可以有效的減少靜電的產生，但以上措施只能適當的降低對PI層的影響，對顯示黑、白條的影響并沒有太大的改進。同時以上也不是本文要論述的重點。

　　為了解決靜電對顯示深、淺條的影響，采用DOE實驗的方法設定了以下實驗：

　　實驗從PI的固含量及AT材料的防靜電性能考慮，分別采用兩個因素，兩個位極，

　　實驗做出后，各組抽24粒產品，通過人為加靜電的方法給每粒產品加上大致相同的靜電，觀察電測黑白條消失的時間，結果如下：

　　通過計算分析計算，實驗3效果最好。

　　根據實驗結果，采用實驗工藝，針對以前客戶反饋的黑白條產品進行生產，效果良好。

　　六、結論

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

　　2、對靜電造成的顯示黑、白條等不良采用防靜電鈍化膜材料對釋放靜電的時間是有效的。實際從實驗來看，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薄的產品與與之相反的產品靜電保持時間能減少一半以上，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，但應考慮PI薄是否會造成其他缺陷，如暗顯等，最好采用此結論時根據自己公司的PI狀態進行實驗驗證。

　　LCD-IC驅動分析：

　　液晶顯示的驅動方式有許多種，常用的驅動方法有：靜態驅動法和動態驅動法。對于TN及STN-LCD一般采用靜態驅動或多路驅動方式。這兩種方式相比較各有優缺點。靜態驅動響應速度快、耗電少、驅動電壓低，但驅動電極度數必須與顯示筆段數相同，因而用途不如多路驅動廣。

　　1.靜態驅動法 靜態驅動法是獲得最佳顯示質量的最基本的方法。它適用于筆段型液晶顯示器件的驅動。表一示出此類液晶顯示器件的電極結構，當多位數字組合時，各位的背電極BP是連接在一起的。振蕩器的脈沖信號經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是由顯示選擇信號A與時序脈沖通過邏輯異或合成產生，當某位顯示像素被顯示選擇時，A=1，該顯示像素上兩電極的脈沖電壓相位相差180.，在顯示像素上產生2V的電壓脈沖序列，使該顯示像素呈現顯示特性；當某位顯示像素為非顯示選擇時，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，從而實現不顯示的效果。這就是靜態驅動法。為了提高顯示的對比度，適當地調整脈沖的電壓即可。

　　當液晶顯示器件上顯示像素眾多時，如點陣型液晶顯示器件，為了節省龐大的硬件驅動電路，在液晶顯示器件電極的制作與排列上作了加工，實施了矩陣型的結構，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顯示像素都由其所在的列與行的位置唯一確定。在驅動方式上相應地采用了類同于CRT的光柵掃描方法。液晶顯示的動態驅動法是循環地給行電極施加選擇脈沖，同時所有為顯示數據的列電極給出相應的選擇或非選擇的驅動脈沖，從而實現某行所有顯示像素的顯示功能，這種行掃描是逐行順序進行的，循環周期很短，使得液晶顯示屏上呈現出穩定的圖象。我們把液晶顯示的掃描驅動方式稱為動態驅動法。

　　LCD驅動IC的發展現狀

　　LCD的驅動類型大體可區分成TN（TwistedNematic）、STN（Super-TwistedNematic）（附注1），以及TFT（Thin-FilmTransistors）等3類，其中TNLCD多半使用在數字表、計算器等簡單的數字顯示，而TFT則小至數字相機的觀景窗，大至數十英寸的液晶平面電視都有使用。

　　所以，數字表也需要LCD驅動IC，大尺寸液晶顯示也需要驅動IC，然不同類型的LCD、不同尺寸的LCD卻必須搭配不同的驅動IC，沒有一種LCD驅動IC可以合乎各種類型、各種尺寸的驅動需求，因此在談論LCD驅動IC時必須有更明確、更具體的范疇定義，才能夠完整說明與討論。

　　當然，有關TN、STN之類的LCD驅動IC其技術已相當成熟，技術發展與市場增長都達一定程度，因此已少有人關注，也因為技術的成熟，使大陸的IC設計業者也逐步跨入此領域，如此也迫使日本、南韓、***的驅動IC設計業者必須朝更高技術性的LCD驅動IC發展，從TN、STN轉向TFT，從小尺寸轉向大尺寸。

　　另外一個加速***驅動IC提升的動力，是來自液晶面板廠。由于***已經成為全球液晶面板的組裝、制造重鎮，如果LCD驅動IC仍要持續倚賴進口，將難以掌握制造成本、制造時程，所以國內的面板大廠也都積極于LCD驅動IC的國產化，例如奇美電子（CHIMEI）即轉投資奇景光電（Himax），由奇景光電研制LCD驅動IC，以大宗供應給奇美電子。

　　LCD驅動IC的接口

　　LCD驅動IC必須先接收來自LCD控制IC的畫面訊號，之后才能透過數字轉模擬的程序來進行驅動，而這個接收的輸入接口仍在持續演化中。

　　目前最常見的接口是RSDS（ReducedSwingDifferentialSignaling），這是美國國家半導體（NationalSemiconductor;NS，簡稱：國半）以LVDS（Low-VoltageDifferentialSignaling，低電壓差動信號）接口為基礎所定義出的接口，此接口的優點在于低電磁干擾（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，不過之后則開放使用，今日多數的時序控制器芯片、源極驅動器芯片都實行RSDS接口。此外也有人支持最傳統的TTL（Transistor-TransistorLogic）接口。

　　在RSDS后NS又提出一種新的接口，稱為PPDS（PointtoPointDifferentialSignaling），新接口的優點在于支持更高的畫面分辨率、更高的傳輸（運作）頻率，同時也能縮減傳輸的線路數目，不僅能抑止EMI，同時節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，也是因應高尺寸趨勢而有的新技術提案，mini-LVDS也有助于傳輸線路數的縮減，mini-LVDS往后也可能實行點對點作法，如此將稱為PPmL（PointtoPointmini-LVDS）。

　　常見的LCD驅動IC

　　一、字符型LCD驅動控制IC

　　市場上通用的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的驅動控制器

　　二、圖形點陣型LCD驅動控制IC

　　1、點陣數122×32

　　2、點陣數128×64

　　（1）ST7920/ST7921，支持串行或并行數據操作方式，內置中文漢字庫

　　（2）KS0108，只支持并行數據操作方式，這個也是最通用的12864點陣液晶的驅動控制IC

　　（3）ST7565P，支持串行或并行數據操作方式

　　（4）S6B0724，支持串行或并行數據操作方式

　　（5）T6963C，只支持并行數據操作方式

　　3、其他點陣數如192×64、240×64、320×64、240×128的一般都是采用T6963c驅動控制芯片

　　4、點陣數320×240，通用的采用RA8835驅動控制IC

　　LCD驅動IC的拓展功能

　　LCD驅動IC可運用其驅動控制手法來提升液晶畫質，由于傳統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，光束移位后熒光質的發光效應就開始消退，相對的LCD的顯示是持續持留性的，因此LCD的動態顯示效果不如傳統CRT，為了達到逼近于CRT的顯示特性，因此LCD驅動IC改變了驅動方式，也實行類似電子光束的間歇脈沖方式（ImpulseType）來驅動，以此改善動態畫質。

　　另外LCD有液晶反應較慢的殘影（附注4）問題，為了減少殘影對畫質的影響，LCD驅動IC也會提供「插黑，插入全黑色的影像」的驅動控制功效，即是在替換成下一個畫面前，會先停止整個液晶畫面的驅動，使液晶呈現黑色，之后再換替成下一張畫面，當然，這個黑色畫面的時間很短暫，僅十數毫秒，但卻具有消除殘影的效果。為了實現插黑機制，與TFTLCD驅動器芯片相搭配運作的時序控制器也必須能共同配合才行。

　　要注意的是，由LCD驅動IC進行插黑控制，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的點亮、熄滅速度反應極快，不像CCFL的點亮、熄滅較慢，因此LED背光也可用短時間內熄滅所有背光LED來達到插黑效果，這時就不用透過LCD驅動IC來進行插黑。

　　附帶一提的是，此一插黑若是透過軟件或影像數據傳輸的方式來實現，那么將會增加視訊傳輸的頻寬耗占，為了避免此一耗占就必須在TFTLCD驅動器芯片中，直接內建插黑的控制功效，TFTLCD驅動器芯片的設計業者對此問題，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，將此接腳輸入Hi（High）信號即可對TFTLCD進行插黑。

　　當然，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想。例如有業者開發OCB高速液晶材料，使液晶的扭轉操作更為快速，或者也有業者認為，改變液晶的操作維度也可加速扭轉的角度變化，此稱為垂直扭轉，垂直扭轉雖然可以達到更快速的扭轉，但也因為扭轉角度的減少使液晶的遮光能力變差，結果很可能是：液晶轉變的速度變快了，但全黑時的黑度卻也更差了，因為液晶扭轉至極致時，仍會有光從背光穿透到前端。