电化学腐蚀在液晶屏中的改善.pdf

电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering100随着液晶屏的迭代更新，为了实现更全面的视觉效果以及更流畅的运行体验，运用 COF(Chip On Film)实现高频率、窄边框的产品应运而生1。COF 产品的IC Bonding 在了柔性线路板上，可以将下边框做的更窄。再者，同样大小的面板，在 COF 的结构下，由于没有芯片占据面板一部分区域，就可以比 COG(Chip On Glass)的产品做到更大的分辨率2-6。由于显示频率的提升，像素充电时间会被压缩，为保障像素的充电时间，现普遍采用的方案是提升 GOA 的驱动电压7。但在项目实际运行中，COF 相较于 COG 产品，在高温高湿的运行环境信赖性中更容易出现异显及滞显不良。不良分析一次因锁定为 COF Bonding 的ACF(Anisotropic Conductive Film)导电粒子存在电化学腐蚀，从而引起该通路上信号传输异常，导致产品最终表象为显示异常。本文将从 COF 与 COG 产品差异性着手，以失效一次因建立机理模型，逐因子进行验证深层次的二次因。依据项目多组实验进行验证，创新性将设计与时序结合，最终归纳总结出有效改善方法，增长液晶屏在高温高湿环境信赖性的有效运行时间，大大提升产品在终端使用品质。1 COF产品失效机理模型1.1 COF与COG产品差异性COF 及 COG 产 品 的 结 构 模 型 如 图 1，相 较 于COG 产品，COF 产品玻璃上的信号需要额外途经 COF Bonding 区域，其中所包含的 GOA(Gate On Array)信号电压均为外部 Power 模块升压后的电压，在信赖性环境中更易发生电化学腐蚀，从而产生画异及黑屏等各种不良8。1.2 建立电化学腐蚀机理模型依据失效点锁定一次因为 COF Bonding 粒子传输失效，COF 与 Panel 通过 ACF 导电胶进行压合连接，通过 ACF 中 Si 球实现异向导通。在高温高湿环境下，途经正向电压 Bump 会与周边负向电压的 Bump 上 ACF镍球发生电离，具体反应如下：阳极：Ni-2e=Ni2+，阴极：O2+2H2O+4e=4OH-，（1）如图 2，是 COF 产品玻璃端的切面图及信号间发生电化学腐蚀的机理模型，当 ACF 中 Si 球上的镍离子发生电离后，Bump 上 ACF 上 Si 球的 Ni 粒子消散，从而信号无法有效导通。通过该模型，我们可以直观看到，影响电化学腐蚀的三大因子，即外部高温高湿环境；导电球与 Panel bump 连接面积；信号间的电位差及保持时间。针对这三大影响因子，分别验证其影响程度及改善空间。外部高温高湿环境是客观的实验条件，并且目前电化学腐蚀在液晶屏中的改善李志谢建云*李文可唐乌力吉白尔李伟（鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017020）摘要：本文将从 COF 与 COG 产品差异性着手，以失效一次因建立机理模型，逐因子进行验证深层次的二次因，最终在设计及时序两方面可得到有效改善。设计上遵循：风险 Pin 远离，或变更为双 Pin 或加入 Dummy Pin，具体依据失效系数进行调整；时序上遵循：高压差 Pin 满足充电率前提下降低驱动电压，不影响产品功能时序前提下，缩短高电压保持时间。实验最终结果表明，设计及时序上的方案可有效减缓电化学腐蚀的时长，提升产品在严苛环境下的有效运行时间，顺利达成客户的基准条件。关键词：COF；液晶屏；电化学腐蚀 图 1：COF 与 COG 产品结构差异 电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering101市面上没有一款 ACF 胶可以彻底隔绝水汽侵入。COF外部 Bonding 防护区更换不同材质的保护胶，验证结果也无法有效规避；导电球与 Bump 的连接面积越小，会造成局部电流密度越大，调节工艺中 COF 的 Bonding压力，实验结果亦无法有效减缓电化学腐蚀速度10；所以，验证有效手段主要落在了模型最后一条，实验将从设计及时序两方面来验证。2 电化学腐蚀改善方法2.1 设计规避项目中原有的 EN_TOUCH 信号在 60Hz 下存在电化学腐蚀失效，其两侧均为有效信号，如图 3 所示，一侧为 CLK 信号，一侧为 MUXR 信号，信号间压差为 18V，且该信号处于高电压差的保持时间达到 7.8ms（以帧率 60Hz 的一帧时间作为总时间）。通过在 EN_TOUCH 两侧增加 DUMMY 信号，DUMMY 信号设定为高阻状态，减小该信号与周边信号的电压差，此设计在客户端及厂内信赖性均为通过状态，得到了客户端的认可。在 帧 率 120Hz 或 60Hz 以 及 插 porch 到 60Hz 状态下，CN 信号一直处于拉高状态，与周边信号压差均为 10V，以 60Hz 为时间周期，其保持时间达到了16.67ms，所以在多项目中均出现了CN信号失效的问题。项目设计优化变更 CN 信号为双 pin 设计，同时两侧增加 DUMMY 信号用以确保 8585 信赖性后的 Bonding 状态不失效。该设计在 8585 信赖性中均为通过状态，获得了客户端的认可。以上以项目中两个失效点举例，GOA 信号 Bonding pin 设计排布优化的原则为：（1）长期拉高信号，在一帧时间内高电平时间占比超过 70%时，以 60Hz 为时间周期，拉高时间大于12ms 的信号使用双 pin 设计，同时两侧增加 DUMMY信 号，例 如 CN/VGHG/CTSWVCOM 信 号 等；当 IC CGOUT Pin 有限的情况下，无法插入过多 DUMMY 信号的情况下，可将常高信号排布在一起，例如可将 CN与 VGHG 排布在一起（DUMMY/CN/CN/VGHG/VGHG/DUMMY），从而减少 DUMMY pin 的设置。（2）拉高时间次之的对应信号，在一帧时间内高电平时间占比超过 40%时，以 60Hz 为时间周期，拉高时间大于7ms的信号需要双侧增加DUMMY信号设计，例如 EN_TOUCH 信号。（3）在一帧时间内高电平时间占比超过 24%时，60Hz 下拉高时间大于 4ms 的信号需要单侧增加图 2：电化学腐蚀机理模型图 3：设计 Pin 排布优化电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering102DUMMY 信号设计，例如 MUXR 信号等。从而确保GOA 信号 Bonding pin 在高温高湿环境下的可靠性，确保产品性能9。2.2 时序优化单独验证降低电压的影响，验证结果如表 1。项目原有的 GOA 驱动电压为+10/-8V，降低电压设置为+8/-8V，对比投入降压可有效减缓电化学腐蚀速度，但无法满足规定的验证期限。其次验证缩短高压差信号间的保持时间。如表 2 所示，原有的 H60Hz GOA 时序下，在一帧时间（16.67ms）内 ENTOUCH 信号保持高电位时间为 7.8ms，CN 信号保持高电位时间为 16.67ms。为缩短信号间高压差的保持时间，120Hz 及 H60 模式下的时序分别设计如图 4 及图 5 的时序。在该时序下的 CN 信号的拉高时间可减少 8ms 左右，大大降低了CN 信号电化学腐蚀的速度；EN_TOUCH 信号在 Porch区间进行拉低，拉高时间减少了 7ms 左右。经过验证，优化后的时序可通过 10D 的信赖性验证。综上所述，时序优化的原则为满足充电率前提下，尽量缩短高压差 GOA 信号 Bonding pin 的保持时间，时序优化如表 3。3 结果与讨论以上为整体电化学腐蚀在 LCD 产品中的验证改善数据，实验结果与电化学腐蚀机理模型相符，通过对三大影响因子的验证，得出在 Panel 设计及时序上的有效规避手段，为后续高频率产品设计、及时序标准的建立具有一定的指导意义。本文实验均在 COF 项目上进行验证，但所有类型 LCD 在 Bonding 区域的信号传输电化学腐蚀失效问题均可借鉴。在论文完成过程中，感谢单位各组织在项目验证阶段的大力支持；同时，感谢领导对本项目的悉心指导，（1）120Hz 原时序（2）120Hz 优化时序图 4（1）H60 原时序（2）H60 优化时序图 5电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering103以及从人力、物力方面提供的大力支持；感谢项目组的各位成员的支持，在机理建模验证过程中，ACF 厂商及B1 开发、BMDT 同事给予很大的帮助，通过拉通内部验证结果，更充分探究电化学腐蚀的有效改善手段。参考文献1 刘莎,王丹,杨照坤,等.TFT-LCD 技术发展趋势浅析 J.液晶与显示,2018,33(06).2 廖燕平.薄膜晶体管液晶显示器显示原理与设计M.电子工业出版社,2016.3 马群刚.TFT-LCD 原理与设计 M.电子工业出版社,2011.4 田民波.TFT 液晶显示原理与技术 M.科学出版社,2010.5 刘永智,杨开愚,等.液晶显示技术 M.电子科技大学出版社,2000.6 霍培荣.彩膜基板及其制备方法、显示面板 R.PX1601294B6CN-US,2017.10.20.7 杨克明,许益祯,陈政鸿,等.驱动频率变动光学校正方法及设计验证J.光电子技术,2022.6.30.8 王凤平,敬和民,辛春梅.腐蚀电化学（第二版）M.化学工业出版社，2017.9 田婷.一种改善高频下金属腐蚀不良的产品设计R.2021.作者简介 李志（1990-），男，内蒙古自治区人。硕士学位，京东方高级研究员。研究方向为 TFT LCD 产品电路驱动。谢建云（1984-）（通讯作者），男，北京市人。硕士学位，京东方开发总监。研究方向为 TFT LCD 显示产品的开发。李文可（1987-），男，山东省人。硕士学位。研究方向为 TFT LCD 产品电路驱动。唐乌力吉白尔（1985-），男，内蒙古自治区人。学士学位。研究方向为 TFT LCD 开发研究。李伟（1986-)，男，山东省人。硕士学位。研究方向为TFT LCD 光学开发研究。表 1：降压测试结果 FactorInvalid Proportion+10/-8V6/8pcs+8/-8V3/8pcs表 2：时序优化结果 FactorENTOUCHCNCNB120Hz改善前0.9ms8.3ms0.9ms改善后0.9ms7.4ms0msHigh60改善前7.8ms16.7ms7.8ms改善后0.45ms8.9ms0ms表 3：时序优化方案 ItemDisplayTouchPorchCNHLLCNBLLLEN_TouchLHLVGH_GHLLCLK方波LLCTSWVCOMHLL