Wie wird die Alterungsprüfung an TFT-LCDs durchgeführt?

Alterungstests, oft als "Burn-in" oder "Zuverlässigkeitstest" bezeichnet, unterziehen TFT-LCD-Module erhöhten elektrischen und thermischen Belastungen über einen längeren Zeitraum, wodurch Jahre normaler Betriebsbedingungen in einem komprimierten Zeitrahmen simuliert werden. Das Hauptziel ist es, latente Defekte — wie schwache Transistorverbindungen, Verunreinigungen im Flüssigkristall oder Inkonsistenzen in der Hintergrundbeleuchtung — zu zwingen, sich als sichtbare Ausfälle zu manifestieren, bevor das Produkt den Endbenutzer erreicht. Dieser Prozess filtert Einheiten mit frühzeitiger Ausfallrate heraus, die dem Zuverlässigkeitsmodell der "Badewannenkurve" folgen.

Wichtige Testmethoden
Alterungstests für TFT-LCDs sind nicht monolithisch, sondern bestehen aus mehreren maßgeschneiderten Verfahren:

1. Standard-DC- & AC-Stress-Alterung
Dies ist die häufigste Form. Das LCD-Panel wird eingeschaltet und kontinuierlich mit spezifischen Testmustern angesteuert.

Verwendete Muster: Dazu gehören Vollweiß, Vollschwarz, Schachbrettmuster, horizontale/vertikale Streifen und wechselnde Muster. Verschiedene Muster belasten verschiedene Komponenten:

Vollweiß: Maximiert die Belastung der Hintergrundbeleuchtungseinheit (BLU) und legt Spannung an alle Pixelelektroden an.

Schachbrett-/Wechselmuster: Erzeugen eine maximale Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Pixeln, wodurch das TFT-Array und das Flüssigkristallmaterial selbst belastet werden, was möglicherweise Bildanhaftungs- oder Übersprechdefekte aufdeckt.

Elektrische Belastung: Betriebsspannungen (VDD, VCOM, Gate-/Source-Spannungen) können über die Nennspezifikationen hinaus erhöht werden (z. B. +10 % bis +20 %), um die Ausfallraten zu beschleunigen.

2. Thermische Alterung
Die Temperatur ist ein wichtiger beschleunigender Faktor. Tests werden in Klimakammern durchgeführt.

Hochtemperatur-Alterung: Typischerweise bei 50 °C bis 70 °C (manchmal höher) für 48 bis 168 Stunden. Hitze beschleunigt den chemischen Abbau, die Ionenwanderung und kann Pixeldefekte verschlimmern.

Temperaturwechsel: Das Modul wird zwischen extrem hohen und niedrigen Temperaturen (z. B. -20 °C bis +70 °C) zyklisch gefahren. Dies induziert mechanische Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) der Materialien (Glas, Polarisatoren, ICs, flexible Leiterplatten), wodurch Probleme bei der Verbindung oder Delamination aufgedeckt werden.

Kombinierte Umweltbelastung
Oft wird die elektrische Alterung mit thermischer Belastung (High-Temperature Operating Life, oder HTOL) und manchmal mit Feuchtigkeit (Temperature Humidity Bias, oder THB) kombiniert. Hohe Luftfeuchtigkeit (z. B. 85 % relative Luftfeuchtigkeit bei 85 °C) testet die Wirksamkeit von Dichtungen gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, was zu Korrosion, Elektrolyse oder Lichtbögen führen kann.

3. Kritische Parameter, die während und nach dem Test überwacht werden
Die Panels werden vor, während und nach dem Alterungsprozess rigoros inspiziert:

Visuelle Defekte: Mura (Ungleichmäßigkeit), helle/dunkle Flecken, Linienfehler, Farbverschiebung und Bildanhaftung sind die Hauptziele.

Elektrische Leistung: Wichtige Signale werden auf Stabilität überwacht. Der Stromverbrauch (insbesondere der Hintergrundbeleuchtungsstrom) wird protokolliert, um Anomalien zu erkennen.

Funktionstest: Nach der Alterung wird ein vollständiger Funktionstest wiederholt, einschließlich der Überprüfung aller Schnittstellen (LVDS, eDP, MIPI), der Timing-Controller und der Gamma-/Spannungspegel.

Datenanalyse und Ausfallmodi
Das Ergebnis von Alterungstests wird statistisch analysiert:

Berechnung der Ausfallrate: Die Anzahl der Einheiten, die ausfallen, im Verhältnis zur Gesamtzahl der getesteten Einheiten liefert ein quantitatives Maß für die Prozessgesundheit.

Ursachenanalyse (RCA): Ausgefallene Einheiten werden einer forensischen Analyse unterzogen (z. B. mikroskopische Inspektion, elektrische Untersuchung), um die physische oder konstruktive Ursache zu ermitteln — ob im TFT-Array, im Treiber-IC, im Verbindungsprozess oder in der Hintergrundbeleuchtungsbaugruppe.

Häufige Ausfallmodi, die aufgedeckt werden: Dazu gehören tote Pixel, schwache TFTs, die zu langsamer Reaktion führen, Verschlechterung der Hintergrundbeleuchtungs-LEDs, Verfärbung der Polarisatoren und Unterbrechungen/Kurzschlüsse in den Verbindungen.