Во время испытаний жидкокристаллических жидкокристаллических дисплеев на ESD (электростатический разряд) часто возникают различные функциональные сбои, причем эти дефекты являются необратимыми и представляют собой «тяжелые повреждения».

Чтобы уменьшить воздействие электростатического разряда на ЖК-дисплеи, мы подробно обсуждаем три области: проблемы, которые электростатический разряд создает для индустрии ЖК-дисплеев, определение и принципы генерации электростатического электричества, а также распространенные модели разряда электростатического разряда.

1. Проблемы электростатического разряда в индустрии ЖК-дисплеев  

ESD (электростатический разряд) считается «самой большой потенциальной угрозой», влияющей на качество продукции в индустрии оптоэлектронных ЖК-дисплеев. Таким образом, защита от электростатического разряда считается критически важным аспектом контроля качества модулей ЖК-дисплеев.

Повреждения модулей ЖК-дисплеев от электростатического разряда обычно делятся на два типа: катастрофические повреждения и скрытые повреждения.

① Катастрофическое повреждение: серьезное повреждение электронных компонентов или материалов внутри модуля ЖК-дисплея, приводящее к полному функциональному отказу. Такие повреждения обычно можно обнаружить в ходе производственного процесса посредством планового осмотра и испытаний. Таким образом, основное влияние на производителей оказывают затраты на доработку и ремонт, в то время как клиенты сталкиваются с немедленным выходом из строя ЖК-модуля.

② Скрытое повреждение. Это происходит, когда компоненты или материалы в модуле ЖК-дисплея частично повреждены, но продолжают функционировать нормально. Этот тип повреждения не может быть эффективно идентифицирован в процессе производственного контроля. Однако при дальнейшем использовании это может привести к нестабильности продукта и сокращению срока его службы, что представляет собой более серьезную угрозу для качества продукта. В результате послепродажные затраты производителей могут быть значительными, и их трудно оценить.

Среди этих двух типов повреждений модулей ЖК-дисплеев, связанных с электростатическим разрядом, скрытые повреждения составляют почти 90%, тогда как катастрофические повреждения составляют лишь около 10%. Это означает, что 90% повреждений ЖК-модулей, вызванных электростатическим разрядом, невозможно эффективно обнаружить или перехватить на заводе — проблемы становятся очевидными только для конечных пользователей. Именно это явление представляет собой наибольшую проблему в индустрии ЖК-дисплеев.

Чтобы смягчить проблемы, вызванные ОУР, следует придерживаться общего принципа: «предотвращение лучше, чем лечение» и «сначала проектирование, потом исправление». Поэтому тщательный мониторинг и контроль устойчивости продуктов к электростатическому разряду на всех ключевых этапах, включая проектирование, выбор компонентов, производство и испытания на надежность, в настоящее время является единственным эффективным подходом, принятым в отрасли.

2. Определение и принципы создания ESD (электростатического разряда).

① Определение ESD (электростатического разряда): ESD означает внезапный разряд статического электричества. Это происходит, когда два объекта, несущих разные электростатические заряды, либо вступают в прямой контакт, либо влияют друг на друга через электростатическое поле, что приводит к быстрой передаче заряда за чрезвычайно короткий период времени, тем самым генерируя сильноточный импульс. Проще говоря, это процесс, при котором накопленное статическое электричество внезапно находит «путь» и быстро передает заряд.

Общие способы создания ESD включают в себя:

- Контакт, трение или скольжение между двумя объектами;

- Разделение двух объектов;

- Непосредственная близость двух заряженных объектов.

ЭСР обычно демонстрирует следующие ключевые характеристики:

- Высокое напряжение: Электростатическое напряжение может достигать нескольких тысяч вольт или даже десятков тысяч вольт. Например, в условиях сухой зимы люди часто испытывают «шок» при снятии одежды — это статическое напряжение может приближаться к нескольким тысячам вольт. Хотя напряжение высокое, общее количество заряда относительно невелико.

- Короткая продолжительность: весь процесс разряда электростатического разряда обычно занимает от наносекунд до микросекунд.

- Высокий мгновенный ток: во время электростатического разряда быстрая передача заряда за очень короткое время приводит к очень высокому пиковому току.

② Принципы генерации электростатического разряда: генерация электростатического заряда (разделение заряда) и электростатический разряд (перенос заряда).

● Электростатическая генерация (разделение зарядов). Генерация статического электричества — это, по сути, процесс «приобретения и потери электронов», в котором участвуют атомы, из которых состоит вся материя. В центре каждого атома находится положительно заряженное ядро, окруженное отрицательно заряженными электронами. В нормальных условиях количество положительных и отрицательных зарядов в атоме одинаково, поэтому объект остается электрически нейтральным.

Однако когда два материала вступают в контакт, а затем разделяются, особенно в результате трения или трения, электроны могут передаваться от одного материала к другому. Это нарушает баланс зарядов: материал, приобретающий электроны, становится отрицательно заряженным, а тот, который теряет электроны, становится положительно заряженным. Этот дисбаланс зарядов известен как «разделение зарядов» и является фундаментальным механизмом генерации статического электричества.

Когда два разных материала вступают в контакт, а затем быстро разделяются, атомы одного материала сильнее удерживают электроны, чем атомы другого. В момент контакта электроны переходят из материала с более слабой силой связи электронов в материал с более сильной силой связи. Материал, который теряет электроны, имеет меньше электронов, в то время как его атомное ядро ​​сохраняет тот же положительный заряд, что приводит к общему положительному заряду. И наоборот, материал, который получает электроны, имеет больше электронов, в то время как его атомное ядро ​​остается неизменным, что приводит к общему отрицательному заряду. Этот процесс контакта и быстрого разделения двух разных материалов приводит к образованию электростатического заряда или ESD.

● Электростатический разряд (перенос заряда). Когда заряженный объект приближается к другому объекту с более низким электрическим потенциалом, напряженность электрического поля между ними быстро увеличивается. Как только электрическое поле превышает порог диэлектрического пробоя окружающей среды (например, воздуха), воздух «ионизируется» и на мгновение становится проводящим, создавая путь разряда. Это позволяет накопленному заряду быстро передаваться между объектами — этот процесс известен как электростатический разряд.

Принцип генерации ЭСР можно резюмировать следующим образом: во время контакта и быстрого разделения двух разных материалов заряд генерируется за счет присоединения или потери электронов. Эти заряды затем накапливаются на поверхностях материалов. Когда заряженный объект приближается к объекту с более низким потенциалом, воздух между ними разрушается, образуя проводящий путь разряда, который позволяет накопленному заряду внезапно передаваться.

3. Распространенные модели разряда электростатического разряда

В настоящее время существует четыре основные модели ESD (электростатического разряда): модель человеческого тела (HBM), модель машины (MM), модель заряженного устройства (CDM) и модель, индуцированная полем (FIM). Поскольку модель, индуцированная полем (FIM), встречается реже, здесь она не будет обсуждаться подробно.

① Модель человеческого тела (HBM): Модель человеческого тела имитирует ситуацию на заводе, когда человек, несущий статическое электричество, касается заземленного продукта. Его цель — оценить способность продукта противостоять электростатическому разряду во время процессов производства, сборки и транспортировки. Он не предназначен для отображения условий повседневного использования.

В индустрии ЖК-дисплеев, поскольку контакт человека с модулями ЖК-дисплеев является наиболее частым, испытания на электростатическое разряд в основном проводятся с использованием HBM для определения степени электростатического разряда продуктов (контактный разряд).

② Модель машины (ММ). Модель машины (ММ) относится к ситуации, когда оборудование (например, роботизированные манипуляторы) накапливает статический заряд, и когда машина обрабатывает продукт, например, поднимает его, разряд происходит через соединительные штыри продукта. ММ в основном используется для моделирования электростатических разрядов, вызванных автоматизированным оборудованием во время производственных или погрузочно-разгрузочных процессов.

Следует отметить, что статический заряд оборудования, разрешенного к использованию на производственных линиях, обычно можно устранить с помощью ионизаторов. Статическое электричество нейтрализуется путем поглощения ионов противоположной полярности.

③ Модель заряженного устройства (CDM): Модель заряженного устройства относится к сценарию, в котором продукт накапливает статический заряд внутри себя из-за трения или других факторов, не повреждаясь при этом в процессе зарядки. Когда соединительный контакт продукта соприкасается с заземленным предметом, накопленный статический заряд внутри продукта быстро разряжается через контакт, что приводит к электростатическому разряду.

Продолжительность разряда в режиме CDM еще короче — обычно в течение нескольких наносекунд — и явление разряда труднее точно смоделировать в реальных условиях тестирования.