TFT-LCD 静电防止回路模拟与设计

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1、万方数据第22卷第5期2007年10月液晶与显示ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplaysV01．22．No．5oct．。2007文章编号：1007—2780(2007)05一06ll—06TFT—LCD静电防止回路模拟与设计高文宝(北京京东方光电科技有限公司。北京100176．E—mail：gwbqy@163．com)摘要：为了防止静电放电(ESD)引起静电击穿造成TFT—LCD不良，通过实际测试和PSpice模拟讨论了TFr-LCD在设计过程中，ESD回路设计的规则和容限，通过

2、放电模型的建立，得出显示器分辨率的变化与EsD回路中TFT宽长比(Ⅳ／L)的关系，确立了静电防止回路的设计方向、规则。模拟分析结果表明：扫描门电极(Horizontal)在分辨率为H1080时EsDⅣ／L设计为38．9／7．4弘m，在分辨率为H1200时EsDⅣ／L设计为35．o／7．4肛m，满足模拟条件；数据线电极(Vertical)在分辨率为V1600时ESDw／L设计为14．7／7．4“m，在分辨率为V1920时ESDⅣ／L设计为12．2／7．4扯m，满足模拟条件。同时，按照此结果，可以得出ESDT丌器件在信号电压

3、士25V变动时，电流值大于±9．5“A；而TFTLcD实际工作电压(<士lOV)远小于模拟工作电压(<士25V)，实际工作电流值为3～5I￡A，也小于此电流值，因此验证此模拟结论可行。关键词：薄膜晶体管液晶显示器；静电放电；模拟；分辨率中图分类号：TNl41．9；TN321．5文献标识码：A1引言在大规模半导体制造业中，静电放电(Elec—trostaticDischarge，ESD)一直扮演着重要角色，尤其对于TFT-LCD制造业和IC制造业，在设计、制造、测试和运送过程中都要考虑ESD的影响。在lC制造中，由于半导体

4、制程逐渐向亚微米过渡，外部ESD比较容易击穿微细元件的中间绝缘层，造成短路，因此目前ESD已经成为影响lC及其元件可靠性的主要因素。有人估计，在美国每年静电对电子工业毁损价值达100亿美元，20世纪80年代日本曾对报废的电子产品进行分析，由ESD引起的损失约占1／3。而我国半导体制造、平板液晶显示、光电子产业等都起步较晚，但静电危害经常发生，造成了产品良率(yield)下降，影响了收益。对于目前国内正在兴起的TFT—LCD制造业，生产、测试和搬送过程都不可避免地会引入静电。摩擦和接触产生的瞬时千伏电压，可以产生约20A的

5、大电流，而玻璃基板属非导体，不利于静电释放，有源层为非晶硅(旷Si)，属于弱n型半导体，静电累积(ESC)与静电放电过程比较容易造成绝缘层击穿，直接形成短路或造成部分损坏，导致元器件漏电流的增加，形成缺陷，影响良品率‘11。一般来说，器件绝缘层Siq、SiN，薄膜的耐压强度是E=(5～10)×106V／cm，如果器件绝缘膜厚度定为100nm左右，设备或人体带上10kV(100pF)的静电荷接触基板后，在TFT器件源漏电极上产生相当于50～100V的静电压，其瞬间形成脉冲放电电流峰值可达20A以上(10～loos)，引起元

6、器件的绝缘层击穿，造成引线被烧断或线之间短路。基于以上原因，除了在生产制造过程中，加强生产管理和除静电设施的使用外[2]，预先防止的设计也是非常重要的[3~5】。目前ESD设计有如图1所示的4种结构，基本工作原理都是一样的。鉴于设计规则的简单化，针对不同的显示分辨率，一般都采用经验设计，没有充分考虑ESD的防止能力，本文根据ESD的防止能力提出了新的模拟设计规则。考收稿日期：2007’04’29I修订日期：2007一06。22．基金项目：北京市科委科技计划资助项目(No．D0306006000091，No．D030400

7、2000021)万方数据612液晶与显示第22卷虑到各公司工艺成膜特性造成的TFT电特性及布线空间的差异，我们以图1中D的设计为基Si驴alAB准，采用PSpice模拟提出优化的设计方法，其他类型可以依此类推得出对应的ESD宽长比设计。C图1各社ESD等效电路图Fig．1Equivalentcircuitschematicofdifferentdesign2模拟及测试ESD放电回路的工作原理如下：一般ESD放电回路通过两个相同的TFT管对接，当ESD器件一端(数据电极)引入高电压时，由于TFT门极(扫描电极)与数据电极连

8、接，因此门极同样引入高电压，TFT开启，形成通路，高电压通过ESD释放到相邻数据线中，最终会通过公共电极传递到整个TFT-LCD的有源区部分来分担这部分电压，形成全屏的等电位效应，也就是说，这个时候产生的大电流不会集中到一条数据线上，造成TFT管的损坏。同样，在屏内部产生的高压也以同样方法释放到外电路部分。在ESDT