JP2011527440A

JP2011527440A - Ｌｃ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置および検査方法

Info

Publication number: JP2011527440A
Application number: JP2011527759A
Authority: JP
Inventors: コー、ジェジュン; キム、ヨンギョン
Original assignee: エフティーラブ・カンパニー・リミテッド
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: JP5403640B2; WO2011021825A3; TWI431293B; CN102187319B; WO2011021825A2; CN102187319A; KR100971220B1; TW201128205A

Abstract

本発明は、ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置を提供する。本発明に係る検査装置は、ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極間の静電容量と結合して電気的共振を起こすＬＣ共振回路を含むＬＣ共振部と、前記ＬＣ共振部に接続され前記ＬＣ共振部のＬＣ共振回路を発振し、共振周波数の波形を矩形波に変換するＯＰアンプ駆動部と、前記ＬＣ共振部に接続され前記ＬＣ共振回路と前記ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極とを対として並列連結するリレー部と、前記ＯＰアンプ駆動部に接続され前記リレー部を駆動し、前記ＯＰアンプ駆動部から出力される前記矩形波をカウントして周波数を測定し、ＣＴＳＰの不良有無を判断するマイコン部とを含んでなる。

Description

本発明は、静電容量方式のタッチスクリーンパネル（capacitive touch screen panel、以下「ＣＴＳＰ」という）の製造段階で不良か否かを判別する検査装置および検査方法に係り、より詳しくは、ＣＴＳＰの良品とＣＴＳＰの不良品との間に存在するＩＴＯタッチセンサー電極間の静電容量の差をＬＣ共振周波数シフト差測定技法で精密に計測することにより、ＣＴＳＰ専用コントローラチップなしでも、ＣＴＳＰのＩＴＯ電極パターンに関係なく正確な不良判別を行うことができる、検査装置および検査方法に関する。

一般に、携帯電話やキオスクなどのディスプレイ画面上に取り付けられ、ハンドタッチによって各種ボタンまたは情報入力用として用いられるタッチスクリーンパネルは、抵抗膜方式と静電容量方式に分けられる。これらの中でも、静電容量方式のタッチスクリーンパネル「ＣＴＳＰ」は、一般に、図１に示したような構造で出来ている。最下端の下部接地用フィルム１１０と、その上にタッチセンサーの役割を果たす透明なＩＴＯ電極パターンが形成されているセンサー電極フィルム１２０と、その上にＩＴＯ電極に接着剤で接着される誘電体フィルム１３０と、最上端の保護フィルム１４０とから構成されている。各製造会社別にタッチセンサー電極としてのＩＴＯ電極１５０パターンの模様は、その性能と専用コントローラチップの駆動方式によって異なるが、全体的な基本構造は、上述のとおりであり、特にＩＴＯセンサー電極の間に静電容量が維持される方式は、各社共通事項である。すなわち、図２に示すように、全てのＣＴＳＰは、等価回路的にＩＴＯ電極の間に存在するキャパシタ２１０、下部接地によって発生するキャパシタ２２０などの直並列結合形態になる。

上述したような構造を有するＣＴＳＰに、図３に示した専用コントローラチップ３１０の内蔵されたＦＰＣ３２０が付着すると、タッチスクリーンモジュールの形態になり、ＣＴＳＰに人の手がタッチされた位置測定のための動作が可能となる。

ＣＴＳＰの動作原理は、次のとおりである。ＣＴＳＰに人の手が接触すると、接触した部位のＩＴＯ電極間の静電容量が最初の値とは異なる。この値の変化を専用コントローラチップ３１０においてＩＴＯ電極に印加する電気的信号パルスの位相遅延変化から測定し、チップ３１０に内蔵されたアルゴリズムで解析することにより、ＣＴＳＰに手が接触した位置情報を調べる方式である。よって、専用コントローラチップの役割は、タッチスクリーンモジュールの動作において機能的に非常に重要である。もしＣＴＳＰのＩＴＯ電極パターンの設計が変わると、その変わった形態に応じて電極間の静電容量が変化するので、それに合わせて設計およびプログラムされた新しい専用コントローラチップを使用しなければならない。

各ＣＴＳＰ製造会社では、タッチスクリーンモジュールの状態に至るまで生産段階を持っていかなければならないが、既存の電気的特性品質検査はＣＴＳＰまたはタッチスクリーンモジュール状態で専用コントローラチップを用いて施行している。よって、ＣＴＳＰの機種が変わってＣＴＳＰのＩＴＯ電極パターンが変わると、その度に毎回他の専用コントローラチップが搭載された検査装置を使用しなければならないという不便さがある。また、ＣＴＳＰの電気的特性を左右するＩＴＯセンサー電極間の静電容量は、既存の専用コントローラチップを用いた方式では確認することができない。また、専用チップが信号パルスの位相遅延時間測定技法で不良を判別するので、電磁気インターフェース（ＥＭＩ）などの外部環境条件の変化に脆弱であり、測定精度が劣るという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたもので、その目的は、ＣＴＳＰ専用コントローラチップなしで、かつＣＴＳＰのＩＴＯ電極パターンの形態に関係なく、ＣＴＳＰの電気的特性を精密に検査して不良品を判別することができる、ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置および検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極間の静電容量と結合して電気的共振を起こすＬＣ共振回路を含むＬＣ共振部と、前記ＬＣ共振部に接続され前記ＬＣ共振部のＬＣ共振回路を発振し、共振周波数の波形を矩形波に変換するＯＰアンプ駆動部と、前記ＬＣ共振部に接続され前記ＬＣ共振回路と前記ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極とを対として並列連結するリレー部と、前記ＯＰアンプ駆動部に接続され前記リレー部を駆動し、前記ＯＰアンプ駆動部から出力される前記矩形波をカウントして周波数を測定し、ＣＴＳＰの不良有無を判断するマイコン部とを含んでなる、ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置を提供する。

ここで、前記マイコン部は、前記ＬＣ共振回路のＣ値にＩＴＯ電極間の静電容量が加わった値だけ発生するＬＣ共振周波数シフトを測定し、これを平均値で割って正規化した計算値が良品の共振周波数シフトの範囲内に含まれるか否かによってＣＴＳＰの不良有無を判断することが好ましい。

また、前記良品の共振周波数シフトの範囲は、ＬＣ共振周波数シフトを平均値で割って正規化し、ユーザーによって指定された良品の範囲に存在するか否かで判断することが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明は、ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネル（ＣＴＳＰ）の検査方法において、ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極間の静電容量と結合して電気的共振を起こすＬＣ共振回路、前記ＬＣ共振回路を発振すると同時にマイコン部が周波数カウントを行えるように矩形波に変換するＯＰアンプ駆動部、リレー部およびマイコン部を含み、純粋なＬＣのみの発振による基準共振周波数を得るために、ＣＴＳＰとＬＣ共振回路とを連結させていない状態でＬＣ共振回路のみの基準共振周波数を前記マイコン部が周波数カウントによってＬＣ共振周波数値を測定してその値を格納する第１段階と、前記マイコン部の信号によって動作するリレー部がＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極とＬＣ共振回路をそれぞれ対として順次並列連結を行い、この際、ＩＴＯ電極間の静電容量がＬＣ共振回路のＣ値に加わって発生する共振周波数シフト値を前記マイコン部で測定し格納する第２段階と、前記第２段階を反復して前記マイコン部で測定した様々なＣＴＳＰの共振周波数シフトの分布を求め、良品の範囲を設定して前記マイコン部のメモリに格納しておく第３段階と、格納された特定チャネル間の共振周波数シフト値を前記マイコン部が正規化によって計算し、前記マイコン部に格納された良品の共振周波数シフト値と比較して良品の共振周波数シフトの範囲内にあるか否かによって良好／不良を判定する第４段階とを含んでなる、ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査方法を提供する。

ここで、前記第４段階は、前記ＬＣ共振回路のＣ値にＩＴＯ電極間の静電容量が加わった値だけ発生するＬＣ共振周波数シフトを測定し、これを平均値で割って正規化した計算値が良品の共振周波数シフトの範囲内に含まれるか否かによってＣＴＳＰの不良有無を判断することが好ましい。

また、前記良品の共振周波数シフトの範囲は、ＬＣ共振周波数シフトを平均値で割って正規化し、ユーザーによって指定された良品の範囲に存在するか否かで判断することが良い。

本発明に係るＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置および検査方法によれば、次の効果がある。

ＣＴＳＰのＩＴＯ電極間の静電容量値の異常有無をＬＣ共振周波数で測定するので、ＩＴＯパターンの形態に関係なく、ＣＴＳＰの種類を問わず、ＣＴＳＰ専用コントローラチップなしでもＣＴＳＰの不良有無を判別することができる。
また、電気的共振現象を利用した検査回路を用いるので、共振現象が有する固有の安定性により静電気ショックや外部ＥＭＩなどの電気的衝撃に強く、機械的振動や温湿度変化などの外部環境変化要因に非常に鈍感である。測定においても、電圧または電流ではなく、周波数をカウンタで数えながら測定することにより、１／１０００以上の測定精度を保つことができる。

また、ＬＣ共振回路の定数と共振周波数の関係式によってＣＴＳＰのＩＴＯ電極間の実際の静電容量値を得ることができるので、不良分析に容易に使うことができる。

本発明の前記および他の目的、特徴および利点は、添付図面を参照する次の説明からさらに明確に理解されるであろう。
図１は一般なＣＴＳＰ各層の構造図である。図２は一般なＣＴＳＰのＩＴＯ電極の等価回路を示す図である。図３は一般な完成されたタッチスクリーンモジュール構造を示す図である。図４は本発明の一実施例に係るＬＣ共振を用いたＣＴＳＰ検査装置の回路図である。図５は本発明の一実施例に係る良品ＣＴＳＰの各チャネルの共振周波数シフトを示すグラフである。図６は図５の結果の正規化および良品の範囲設定を示すグラフである。図７は不良判定の例（１）を示すグラフである。図８は不良判定の例（２）を示すグラフである。図９はＣＴＳＰのＩＴＯ端子間の実際の静電容量測定結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例に係るＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置および検査方法を詳細に説明する。

本明細書のために、図面における同一の参照番号は、別途指示しない限りは同一の構成部分を示す。

次に、添付図面を参照して、本発明に係るＣＴＳＰの検査方法について詳細に説明する。

まず、本発明の検査方法を適用したＬＣ共振を用いたＣＴＳＰの検査装置の回路を図４に示した。図４に示すように、検査回路は、基本的に、ＬＣ共振部４１０、ＯＰアンプ駆動部４２０、リレー部４３０およびマイコン部４４０を含む。

ＬＣ共振部４１０は、一般に、ＣＴＳＰのＩＴＯ電極間の静電容量が数十ｐＦの非常に少ない値であるから、その測定に適するように１００ｐＦ未満の基準キャパシタと数百μＨのインダクタンス値を有するコイルでＬＣ共振回路を構成することにより、基準共振周波数が６００ｋＨｚ〜８００ｋＨｚ範囲の値となるようにする。

ＯＰアンプ駆動部４２０は、ＬＣ共振回路を発振させる役割とともに、共振周波数の波形をサイン波から矩形波に変形させてマイコン部４４０の周波数カウントを容易にする機能を果たす。

リレー部４３０は、ＬＣ共振回路とＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極をそれぞれ対として順次並列連結するための装置であって、マイコン部４４０の信号を受け取って動作する。

マイコン部４４０は、リレー部４３０を駆動し、ＯＰアンプ駆動部４２０から出力される共振周波数パルス信号（矩形波）をカウントして周波数を測定し、静電容量の換算およびＣＴＳＰの不良有無を判断するための計算機能を行う。本発明に係る検査装置において、ＬＣ共振部４１０のＬＣ共振回路で発生するアナログ信号をデジタルパルスカウンタで変換するＯＰアンプ駆動部４２０の回路上にはノイズが発生せず、これをマイコン部４４０で測定するとき、精度は０．１％の誤差範囲内であって非常に高い。次は、前述した図４の検査回路を用いてＣＴＳＰの電気的特性を支配するＩＴＯセンサー電極間の静電容量を共振周波数シフトで測定する過程について説明する。

まず、全てのリレー部４３０を切断させてＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極をＬＣ共振回路に連結させていないとき、すなわち純粋に共振回路のＬＣのみの発振による基準共振周波数をマイコン部４４０で測定する。

その後、マイコン部４４０の動作信号によってリレー４３０を駆動してＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極をタッチ面上で互いに隣接した電極同士、電極端子では上下対称の対として、すなわち例えば１０個のＩＴＯ電極が存在する場合、最初には１番と１０番、次には２番と９番のように順次ＬＣ共振回路に連結すると、ＩＴＯ電極間の静電容量がＬＣ共振回路のＣ値に加えられて共振周波数のシフトが発生するが、この共振周波数シフト値をマイコン部４４０を用いて測定すると、ＣＴＳＰのＩＴＯ各電極間の静電容量値を共振周波数シフトの程度差で一対一にて換算して測定することができる。このような測定法は、ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極のパターン形態に関係ないので、ＣＴＳＰの種類を問わずに常に適用できる汎用的なものである。また、測定精度において電圧または電流値ではなく、周波数をカウントする方式で測定するので、常に測定に悪影響を与える電気的ノイズとは関係のない精密な測定が可能である。

構造的にも、ＣＴＳＰのＩＴＯ電極とピッチが一致するＰＣＢを用いて測定するので、ピンを使用するプローブとは異なり、面接触方式でＣＴＳＰの電極損傷がなく、直接測定によってセルを測定するので、低い測定インピーダンスおよび低いノイズ特性を持つ。また、ＣＴＳＰの種類が変わっても、ＰＣＢのみを簡単に取り替えて適用することにより、全てのＣＴＳＰの種類を問わずに低コストで検査装置を汎用的に適用することができる。

図５は本発明の一実施例に係る良品ＣＴＳＰの各チャネルの共振周波数シフトを示すグラフ、図６は図５の結果の正規化および良品の範囲設定を示すグラフ、図７は不良判定の例（１）を示すグラフ、図８は不良判定の例（２）を示すグラフ、図９はＣＴＳＰのＩＴＯ端子間の実際の静電容量の測定結果を示すグラフである。

図５〜図９を参照すると、ＣＴＳＰの不良有無検査を行う実際の検査過程について例を挙げて説明する。まず、ＣＴＳＰ検査装置の基準共振周波数をマイコン部４４０で測定したが、６８０ｋＨｚであった。次いで、正常的なＣＴＳＰサンプルの共振周波数とその平均値を求める。図５にその実際結果を示した。

図５は３２つの端子を有する携帯電話用ＣＴＳＰ正常サンプル１０枚を前述した方法で対称な対となる端子間の静電容量によってシフトされた共振周波数を実際測定して表示したものである。図５において、点線で表示されたチャネル３番の測定値５１０は、１０枚のＣＴＳＰサンプルで３番端子と３０番端子を前記検査装置に連結したときに得られた値である。残りのチャネルの意味も前述したとおりである。次は測定されたシフト周波数を平均値で割る正規化(normalize)を行う過程である。その結果を図６に示した。図６を参照すると、全ての結果データは点線６１０で表示された±１％内の誤差範囲内に存在するので、これを良品の共振周波数シフトの範囲として設定してマイコンのメモリに格納しておく。このように良品の周波数シフトの範囲を定めておき、追ってＣＴＳＰ検査の際に特定チャネル間の共振周波数シフトをマイコンが測定して正規化によって計算し、既に格納された良品範囲の値と比較して、もしこの値が良品の範囲を外れると、不良として判定すればよい。次は不良判定の実例である。図７および図８は不良として判定されたＣＴＳＰサンプルの結果である。図７では点線７１０で表示された２つのデータが、図８では多数のデータ値が良品の範囲を大きく外れることを明確に分かることができる。図９はＬＣ共振回路の関係式である数１を用いて図７の測定結果をＣＴＳＰの実際の静電容量で換算して表示したものである。

この際、検査回路に使用されたＬＣはそれぞれＬ＝１ｍＨ、Ｃ_ｒｅｆ＝３０ｐＦであった。すなわち、共振周波数シフトを測定すると、実際の静電容量も分かることができる。

これにより、全てのデータがチャネル別に測定および格納され、測定値が周波数、静電容量などの物理量から良好／不良を判断することにより、生産の標準管理が可能である。

前述したように本発明に係るＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置および検査方法によれば、ＬＣ共振周波数シフトを用いてＣＴＳＰの種類およびＩＴＯパターンの形態を問わずにＣＴＳＰ専用コントローラチップなしでもＣＴＳＰの不良有無を判別することができるという効果がある。

また、電気的共振現象を利用した検査回路を用いるので、共振現象が有する固有な安定性により、静電気ショックや外部ＥＭＩなどの電気的衝撃に強く、機械的振動や温湿度変化などの外部環境変化要因に非常に鈍感であるという効果がある。測定においても、電圧または電流ではなく、周波数をカウンタで数えながら測定することにより、１／１０００以上の測定精度を保つことができるという効果がある。

また、ＬＣ共振回路の定数と共振周波数の関係式によってＣＴＳＰのＩＴＯ電極間の実際の静電容量値を得ることができるので、不良分析に容易に使うことができるという効果がある。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されない。すなわち、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、添付された特許請求の範囲の思想および範疇を逸脱することなく、本発明に対する多数の変更および修正が可能であり、それらの全ての適切な変更および修正の均等物も本発明の範囲に属するものと見なされるべきである。

Claims

静電容量方式タッチスクリーンパネル（ＣＴＳＰ）のＩＴＯセンサー電極間の静電容量と結合して電気的共振を起こすＬＣ共振回路を含むＬＣ共振部と、
前記ＬＣ共振部に接続され前記ＬＣ共振部のＬＣ共振回路を発振し、共振周波数の波形を矩形波に変換するＯＰアンプ駆動部と、
前記ＬＣ共振部に接続され前記ＬＣ共振回路と前記ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極とを対として並列連結するリレー部と、
前記ＯＰアンプ駆動部に接続され前記リレー部を駆動し、前記ＯＰアンプ駆動部から出力される前記矩形波をカウントして周波数を測定し、ＣＴＳＰの不良有無を判断するマイコン部とを含んでなることを特徴とする、ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査装置。
前記マイコン部は、前記ＬＣ共振回路のＣ値にＩＴＯ電極間の静電容量が加わった値だけ発生するＬＣ共振周波数シフトを測定し、これを平均値で割って正規化した計算値が良品の共振周波数シフトの範囲内に含まれるか否かによってＣＴＳＰの不良有無を判断することを特徴とする、請求項１に記載のＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネル検査装置。
前記良品の共振周波数シフトの範囲は、ＬＣ共振周波数シフトを平均値で割って正規化し、ユーザーによって指定された良品の範囲に存在するか否かで判断することを特徴とする、請求項２に記載のＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネル検査装置。
ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネル（ＣＴＳＰ）の検査方法において、
ＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極間の静電容量と結合して電気的共振を起こすＬＣ共振回路、前記ＬＣ共振回路を発振すると同時にマイコン部が周波数カウントを行えるように矩形波に変換するＯＰアンプ駆動部、リレー部およびマイコン部を含み、
純粋なＬＣのみの発振による基準共振周波数を得るために、ＣＴＳＰとＬＣ共振回路とを連結させていない状態でＬＣ共振回路のみの基準共振周波数を前記マイコン部が周波数カウントによって測定してその値を格納する第１段階と、
前記マイコン部の信号によって動作するリレー部がＣＴＳＰのＩＴＯセンサー電極とＬＣ共振回路をそれぞれ対として順次並列連結を行い、この際、ＩＴＯ電極間の静電容量がＬＣ共振回路のＣ値に加わって発生する共振周波数シフト値を前記マイコン部で測定し格納する第２段階と、
前記第２段階を反復して前記マイコン部で測定した様々なＣＴＳＰの共振周波数シフトの分布を求め、良品の範囲を設定して前記マイコン部のメモリに格納しておく第３段階と、
格納された特定チャネル間の共振周波数シフト値を前記マイコン部が正規化によって計算し、前記マイコン部に格納された良品の範囲値と比較して、良品の範囲内にあるか良品の範囲を外れるかによって良好／不良を判定する第４段階とを含んでなることを特徴とする、ＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査方法。
前記第４段階は、前記ＬＣ共振回路のＣ値にＩＴＯ電極間の静電容量が加わった値だけ発生するＬＣ共振周波数シフトを測定し、これを平均値で割って正規化した計算値が良品の共振周波数シフトの範囲内に含まれるか否かによってＣＴＳＰの不良有無を判断することを特徴とする、請求項４に記載のＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査方法。
前記良品の共振周波数シフトの範囲は、ＬＣ共振周波数シフトを平均値で割って正規化し、ユーザーによって指定された良品の範囲に存在するか否かで判断することを特徴とする、請求項５に記載のＬＣ共振周波数シフトを用いた静電容量方式タッチスクリーンパネルの検査方法。