合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 占小奇 錢志禹 李艷平 孫 勇 陳 平 陳徐通 賈博超

Ag對TDDI結(jié)構(gòu)電容值的影響研究

合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 占小奇 錢志禹 李艷平 孫 勇 陳 平 陳徐通 賈博超

本文主要研究了Ag（銀）膠涂覆對TDDI結(jié)構(gòu)的電容值的影響，Ag膠的主要作用是導(dǎo)通CF層與TFT層(ITO)防止靜電產(chǎn)生，避免靜電累積在Cell盒內(nèi)導(dǎo)致畫面顯示異常。研究表明Ag膠易滲入到Cell盒內(nèi)與BM接觸，使BM與外圍的GND接地，與COM形成壓差，導(dǎo)致電容值偏大。本研究為后續(xù)優(yōu)化Ag膠工藝，控制Ag膠的大小及位置提供參考方向。

TDDI；Ag；電容值

1 背景

手機和平板電腦目前是觸控最大的市場。目前觸控和顯示用得最多的是分立式的觸控、分立式的顯示驅(qū)動器?，F(xiàn)在有觸控傳感器集成的模式，包括SLOC(單層多點外嵌式)以及In-Cell內(nèi)嵌式[1]。目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)并量產(chǎn)的觸控技術(shù)大多都是自電容和互電容分立的，與國外比沒有任何技術(shù)優(yōu)勢，且制作工藝水平不高[2]。國內(nèi)的液晶面板廠商已經(jīng)開始積極探索新的觸控技術(shù)，如京東方已經(jīng)成功開發(fā)量產(chǎn)TDDI觸控技術(shù)，并對外提供面板產(chǎn)品。

TDDI即觸控與顯示驅(qū)動器集成（Touch Display Driver Integration）。目前智能手機的觸控和顯示功能大都是由兩塊芯片獨立控制，而TDDI最大的特點是把觸控芯片與顯示芯片整合進單一芯片中。TDDI最早由人機界面廠商Synaptics所提倡，并于2015年3月推出針對手機和平板電腦的TDDI解決方案，成為全球首個TDDI產(chǎn)品[3]。

TDDI帶來的是一種統(tǒng)一的系統(tǒng)架構(gòu)，原有的系統(tǒng)架構(gòu)因為顯示與觸控芯片是分離的，這可能會導(dǎo)致一些顯示噪聲的存在，而TDDI由于實現(xiàn)了統(tǒng)一的控制，在噪聲的管理方面會有更好的效果[4]。

TDDI系統(tǒng)觸控技術(shù)FIC (Full In Cell)產(chǎn)品相比SLOC，無需專門制作sensor，無SLOC工序 loss。DDI與TDI集成，無需進行T-FPC Bonding，Panel相比SLOC可以更薄(0.4T以下)。無T-FPC，TLCM厚度堆疊Margin更大。

相對的，由于DDI與TDI集成，TDDI結(jié)構(gòu)的Touch Sensor信號與LCD信號易發(fā)生相互干擾，這些都對電容值不良產(chǎn)品的分析工作帶來了困難。本文將以京東方生產(chǎn)的5.0TDDI產(chǎn)品為研究對象，重點分析其生產(chǎn)工藝過程中的造成電容值不良的原因以及分析其不良原理，為后續(xù)TDDI結(jié)構(gòu)的觸控技術(shù)的發(fā)展提供理論支持。

2 電容結(jié)構(gòu)與測試方法

2.1 電容結(jié)構(gòu)

本文研究的5.0TDDI產(chǎn)品采用自容式In Cell Touch結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖見圖1。所謂自電容，即在玻璃表面用ITO(一種透明的導(dǎo)電材料)制作成橫向與縱向電極陣列，這些橫向和縱向的電極分別與地構(gòu)成電容，這個電容就是通常所說的自電容，也就是電極對地的電容。

圖1 5.0TDDI自容式In Cell Touch結(jié)構(gòu)圖

當手指觸摸到電容屏?xí)r，手指與電極間會感應(yīng)成一個耦合電容CF，手指的電容CF將會疊加到屏體電容上，使屏體電容量Cs增加。在觸摸檢測時，自電容屏依次分別檢測橫向與縱向電極陣列，根據(jù)觸摸前后電容的變化，分別確定橫向坐標和縱向坐標，然后組合成平面的觸摸坐標。自電容的掃描方式，相當于把觸摸屏上的觸摸點分別投影到X軸和Y軸方向，然后分別在X軸和Y軸方向計算出坐標，最后組合成觸摸點的坐標。圖2為手指觸摸后屏體電容量變化原理圖，其中：

式中：Cs為Sensor感應(yīng)電容；Cp為寄生電容；CF為耦合電容；S為接觸面積。

圖2 手指觸摸后屏體電容量變化原理圖

此種自容式結(jié)構(gòu)走線較少，觸控信號好，制程相對簡單，成本相對較低，且信噪比較高(最大為50db)，只有一個FPC，產(chǎn)品易減薄。

自容式檢測結(jié)構(gòu)主要適應(yīng)于：①軸坐標式觸控感應(yīng)檢測；②檢測每個感應(yīng)單元的電容(CP)變化；③當有手指觸摸時，感應(yīng)單元電容增加；④激勵和感應(yīng)的是同一個感應(yīng)單元。

2.2 測試方法

針對5.0TDDI產(chǎn)品的電容值測試，本研究中采用的新思廠商開發(fā)的一款軟件測試電容值，其測試界面以及測試內(nèi)容見圖3。其中第3項測試Raw Capacitance Test為測試屏體電容值Cs， 即測試Sensor層中Tx與Rx走線相交節(jié)點的電容值。每個節(jié)點電容值均設(shè)定有一個規(guī)定的域，電容值的結(jié)果不能分布在規(guī)定的域的外圍之外，否則測試軟件就會報警，顯示對應(yīng)的節(jié)點位置電容Fail。圖4為圖3中Raw Capacitance Test測試項Fail的對應(yīng)電容值信息。從圖中可以看出顯示紅色區(qū)域即為電容值不良的對應(yīng)節(jié)點，其每一個不良節(jié)點的電容值均超出其規(guī)定的域之外。

圖3 測試軟件界面及測試內(nèi)容

圖4 圖3中對應(yīng)的電容值不良信息

3 電容不良及原因分析

本研究中5.0TDDI產(chǎn)品的電容值不良主要為屏體電容值Cs不良，即Sensor層中各節(jié)點電容值出現(xiàn)偏大或偏小，超出規(guī)定的域?qū)е掠|摸不良。而在本研究中，屏體電容值不良主要集中在屏的DP側(cè)拐角及DPO側(cè)，均為對應(yīng)處的電容值偏大不良，不良率約3%。

為分析不良產(chǎn)品電容值偏大的原因，本研究選取了四組不良樣品，分別標記為a、b、c、d。在分析過程中，主要從以下幾個方面對電容值不良產(chǎn)品進行分析：

（1）首先實驗選擇電容值不良樣本a, 不良現(xiàn)象見下圖5。將不良產(chǎn)品的Ag膠點去除干凈，再測量容值狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)拐角點容值可恢復(fù)正常，見圖6。

圖5 不良樣本a電容值偏大不良

圖6 不良樣本a銀膠點去除干凈后的電容值測量結(jié)果

從圖6中可以看出，不良樣本的Ag膠點去除后，不良位置點的電容值由4.454降低到2.328，容值恢復(fù)正常，測試結(jié)果顯示Pass。由此可推斷出該電容值不良與Ag膠存在相關(guān)性。

（2）為進一步確認容值不良與Ag膠相關(guān)性，選取相同不良現(xiàn)象樣本b，不良圖片見圖7。并將不良品b Ag膠點的GND走線切斷Floating后測量，測試結(jié)果顯示異常點容值可恢復(fù)正常，見圖8。

圖7 不良樣本b電容值偏大不良

圖8 不良品b銀膠點的GND走線切斷Floating后測量結(jié)果

從圖7和圖8可以看出，不良品b Ag膠點的GND走線切斷Floating后測試的電容值恢復(fù)正常，異常點電容值由4.013降低到1.631。

（3）取C號不良樣品，不良照片如圖9，異常點電容值位于左下角，電容值偏大，約為3.070。實驗時先將Ag去除，然后對Ag點位置CF翹角，并塞入絕緣膜片，重新測量電容值發(fā)現(xiàn)左下角拐角容值可恢復(fù)正常，見圖10。

圖9 不良樣品c左下角拐角電容值偏大

圖10 不良樣品c銀膠點位置CF翹角后測量結(jié)果

從圖9和圖10對比可以看出，對C樣品去除Ag膠后，再將不良位置CF翹角，并塞入絕緣膜片，測試結(jié)果顯示異常點電容值由3.070降低為1.991，拐角處容值恢復(fù)正常。

圖11 從側(cè)邊塞入膜片后，將Ag逐漸往Cell外頂出以及涂Ag后電容值變化

（4）為進一步分析與Ag膠的關(guān)聯(lián)性，設(shè)計以下四組對比驗證試驗：

①取不良樣品d，不良點位置位于左上角拐角，不良照片見圖11(a)，不良點電容值偏大，測試為5.128。首先不去除Ag膠點，直接將Ag膠點位置CF翹角，不塞入絕緣膜片，測量發(fā)現(xiàn)拐角容值不變，未恢復(fù)正常，見圖11(b)；

②對不良樣品d，將Ag膠點位置CF翹角，從側(cè)邊塞入絕緣膜片，但未觸及Ag，測量發(fā)現(xiàn)拐角容值不變，未恢復(fù)正常，見圖11(c)；

③將不良樣品d Ag膠點位置CF翹角，從側(cè)邊塞入絕緣膜片，并將Ag逐漸往Cell外頂出，測量不良點電容值降低為1.87，拐角容值逐漸恢復(fù)正常，見圖11(d)；

④在逐步③的基礎(chǔ)上，將Ag進一步往Cell外頂出，測量不良點電容值進一步降低為1.66，且電容值顯示正常，見圖11(e)；

⑤對于上一步已恢復(fù)正常的樣品d，重新涂Ag，使其滲入Cell（不影響Array），再次測試發(fā)現(xiàn)拐角處電容值增大，且不良點電容值增大到3.45，不良再次發(fā)生，見圖11(f)；

⑥將Ag膠進一步往Cell內(nèi)滲入，再測試發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的拐角處電容值進一步增大，且不良點電容值由3.45增大到5.128，見圖11(g)

圖11為上述實驗過程中，拐角處電容值的變化情況。

4 不良發(fā)生機理

圖12 TDDI結(jié)構(gòu)的Sensor層結(jié)構(gòu)圖

圖12為TDDI結(jié)構(gòu)的Sensor層結(jié)構(gòu)圖，其觸控原理：1）觸控階段，TX加載modulation信號（80K～180KHZ高頻方波），與此信號不同步的金屬電極都會和Sensor間形成負載電容（BM方阻在M?級別，高頻下，BM材料內(nèi)電荷無法區(qū)域間流動，只會局部極化，因此把BM視為電介質(zhì)）；2）負載電容包括C、C1和C2三部分：①C為Sensor與AA區(qū)內(nèi)array pattern之間形成的電容；②C1為Sensor與無限遠處大地之間形成的電容；③C2為Sensor與panel周邊GND（直流GND信號）之間形成的電容；3）C1導(dǎo)致所有Sensor容值整體同步增加；C2導(dǎo)致周邊Sensor容值偏大。

當拐角處涂覆的銀膠滲入到Cell中與BM接觸，使BM與外圍的GND接地，與COM形成壓差，導(dǎo)致BM與Sensor層之間形成感應(yīng)電容，因此拐角處的電容值增大。因此當不良樣本的Ag被膜片逐漸頂出Cell外后，BM與銀膠接觸斷開，拐角處電容值恢復(fù)正常。

5 結(jié)論

從5.0TDDI 的生產(chǎn)工藝來看，在TDDI結(jié)構(gòu)中，銀膠的涂覆工藝對TDDI結(jié)構(gòu)Sensor電容值不良具有顯著影響。當銀膠涂覆量偏大或者涂覆位置偏移時，銀膠易滲入到Cell盒內(nèi)與BM區(qū)接觸從而導(dǎo)致Sensor測試時對應(yīng)的拐點處電容值偏大，因此在生產(chǎn)工藝中對銀膠涂覆的管控顯得尤為重要，需要優(yōu)化銀膠工藝，控制銀膠的大小及位置，以及控制銀膠的滲入或者是想辦法改變設(shè)計減小BM的大小，使得銀膠與BM接觸機會變小，以減小寄生電容的影響。

[1]手機和平板電腦觸控市場大,汽車觸控興起,未來會有新型人機界面[J]．電子產(chǎn)品世界,2014,12．

[2]張晉芳．觸控與顯示驅(qū)動集成中的關(guān)鍵問題研究[J]．北京交通大學(xué),2017,04．

[3]Synaptics Announces World’s First Touch and Display Driver Integration(TDDI)Single-Chip Solutions for Smartphones and Tablets．Synaptics,201,03．

[4]真正的“狼”來了 顯示觸控(TDDI)技術(shù)遷移史[OL]．今日頭條,2015,09．