双侧GOA驱动TFT-LCD的常见线不良研究

合肥京东方显示技术有限公司　刘同海　梁晓桐　高章飞　孙国防　韩海滨

0　前言

TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器，thin film transistor-liquid crystal display）行业相对于其他行业来说具有高投资的显著特点[1]，建成后良率的快速爬坡及稳定在一个较高的水平对于缩短投资回报时间具有一个举足轻重的作用。在LCD行业线不良与Mura类不良、Gap性不良等一起成为影响良率的“拦路虎”，Mura类不良[2-4]和Gap性不良[5,6]的研究在行业内已有较多成果，但线不良的研究尚未见公开报道，对线不良的研究有助于改善生产难题及提升良率，故本文针对TFT-LCD行业一些常见的双侧GOA驱动线不良进行阐述，便于行业内更好的研讨交流。

1　TFT-LCD的结构及电路控制方式

TFT-LCD由彩膜（CF）基板和阵列（Array）基板夹着液晶组成，其中液晶的偏转由Array基板的电路进行控制[7]。基本结构示意图如图1所示。

图1　TFT-LCD结构图

在将两侧基板对盒、切割完成以后即可完成点亮测试，这时的产品称为Single cell，如图2 所示，为常见的GOA类TFT-LCD示意图，LCD两侧为GOA电路，用于控制TFT开关，两侧GOA电路各驱动一半Gate线路；LCD上方为Pad区，和每个亚像素的Data线相连，由source driver对显示电极进行充电，通过控制电场强度进行控制液晶的偏转。

图2　single cell 示意图

在LCD单个亚像素中，Array基板的电路如图3左图所示，其中Data线和Pad区连接，source driver自上而下对显示电极充电。Gate线和两侧的GOA电路连接，通过gate driver施加驱动信号控制TFT的开关状态，TFT打开则source driver开始对显示电极进行充电，TFT关闭则开始放电。Common线的作用是向底层的Common电极提供稳定的Common电压，Common电压和显示电极电压之间的电压差产生的电场用以驱动液晶分子的偏转[7,8]，三者之间关系如图3右图所示。

图3　亚像素及各电压关系示意图

2　常见线不良原理

TFT-LCD中常见的线不良主要有Data Open（DO）、Gate Open（GO）、Data Gate Shot（DGS）、Data Common Shot（DCS）、Gate Common Shot（GCS）。

（1）DO

DO的宏观现象如图4左图所示，会出现一条不贯穿的黑线，在显微镜下观察起始端可发现亚像素的Data线出现断裂，如图4右图所示。

图4　DO宏观及微观现象图

Data电压从Pad区引入，通过Data线自上而下，由TFT开关控制对显示电极充电，当Data线出现断裂时，即使TFT呈打开状态，电压也已无法继续向下传导对显示电极供电，在无极性电场的作用下，液晶分子不再出现偏转，宏观上显示灰阶为初始的黑态，呈非贯穿黑线现象。

（2）GO

GO的宏观现象如图5左图所示，会出现一条不贯穿的渐变黑线，在显微镜下观察靠近GOA端可发现亚像素的Gate线出现断裂，如图5右图所示。

图5　DO宏观及微观现象图

当出现Gate线断裂时，从GOA边缘到断裂点处的Gate线正常，输入驱动信号时TFT开关可正常运行，不会出现异常灰阶。针对双侧GOA驱动的TFT-LCD产品，单侧GOA各控制显示区域内一半的Gate线路，但也会对靠近中间区域的另半边有影响。导致靠近中间区域的TFT被右侧GOA施加部分信号启动，显示电极充电但是达不到显示正常灰阶。而靠近GO点右侧区域完全没有驱动信号，呈黑态显示。故GO现象为非贯穿渐变黑线现象。当GO点位于显示区中间位置时，点灯状态下为一黑点。

（3）DGS

DGS的宏观现象如图6左图所示，会出现两条交叉线，垂直方向为贯穿线，水平方向为非贯穿渐变线，在显微镜下观察交叉点可发现亚像素的Data线和Gate线出现短路，如图6右图所示。

图6　DGS宏观及微观现象图

如图3所示，TFT-LCD产品正极性状态下Gate线电压大于Data线电压，当两者出现短路时，会导致Gate线电压被拉低，Data线的电压被拉高。间接导致了该列的显示电极电压同样处于拉高状态，相对于正常区域，该列的液晶偏转加大，灰阶高于正常区域，呈亮线状态。Gate线电压被拉低后，该行的显示电极电压偏低，液晶偏转有限，灰阶低于正常区域，呈暗线状态。由于右侧GOA的作用，靠近显示中间区域现象减弱，故水平方向上呈渐变暗线状态。DGS点处于左侧GOA控制区域则左侧为渐变暗线，处于右侧GOA区域则右侧为渐变暗线。

（4）DCS

DCS的宏观现象如图7左图所示，会出现一条渐变黑线，在显微镜下观察DCS点可发现亚像素的Data线和Common线出现短路，如图7右图所示。

图7　GCS宏观及微观现象图

TFT-LCD产品正极性状态下Data线电压大于Common线电压，而Common电压值与Array基板上面状的Common电极电压相等，当两者出现短路时，在极性变换中Common电压数值很难被拉高，Data电压易被拉低。Date电压从Pad区向下传导时，呈渐变式被Common电压拉低，在短路点处Data线电压与Common线电压相等，液晶不偏转呈黑态显示。在TFT-LCD产品中多数为了省电而采用了列变换模式，单列亚像素均为正极性或负极性[7]，在列变换模式下，DCS点向下均为Data电压与Common电压相等状态，呈黑态显示。

（5）GCS

GCS的宏观现象如图8左图所示，会出现一条不贯穿的渐变黑线，在显微镜下观察GCS点可发现亚像素的Gate线和Common线出现短路，如图8右图所示。

正极性状态下Gate线电压大于Common线电压，同DCS一样会出现Gate线电压被拉低的现象，当GCS点位于左侧GOA控制区域内，在短路点处Gate线电压与Common线电压相等呈黑态显示，该点左侧的Gate电压小于正常区域，液晶偏转有限，灰阶小于正常区域，呈渐变暗线，在该点右侧受右侧GOA影响同样呈渐变暗线，故在该行显示不贯穿的渐变黑线。

图8　GCS宏观及微观现象图

3　结语

采用双侧GOA驱动的TFT-LCD通过对Gate线、Data线、Common线施加电压来控制亚像素的液晶偏转，常见的线不良主要由Array基板的电路异常导致。

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