TWI431293B - 用於使用電感電容共振頻移之電容式觸摸屏面板的檢測裝置及其檢測方法 - Google Patents
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Description
本發明系有關電容式觸摸屏面板(capacitive touch screen panel，下稱“CTSP”)之製造步驟判定不良與否之檢測裝置及檢測方法，尤指通過利用LC共振頻移精確測量CTSP之良品和不良品之間存在之ITO接觸感測器電極之間微細電容量(capacitance)之差異，從而無需CTSP專用控制器晶片，不受不同CTSP之ITO電極圖案之影響而準確判定不良之檢測裝置及檢測方法。
一般而言，附著於手機或KIOSK等顯示畫面之上並通過手之觸摸輸入各種按鈕或資訊之觸摸屏面板，包括電阻膜方式和電容方式。其中，電容式觸摸屏面板CTSP一般具有如第1圖所示之結構。其包括：位於最下端之下部接地用薄膜110；其上之形成有起到接觸感測器作用之透明ITO電極圖案之感測器電極薄膜120；其上之通過粘合劑附著於ITO電極之電介質薄膜130；最上面之保護薄膜140。根據不同製造商，作為接觸感測器電極之ITO電極150圖案之形狀，根據其性能和專用控制器晶片之驅動方式有所不同，而整體基本結構如上所述，尤其是，在ITO感測器電極之間維持電容量之方式是各製造商之共同點。即，如第2圖所示，所有CTSP是ITO電極之間存在之電容器210和下部接地所產生之電容器220之串並聯結合形態之等效電路。
若在上述結構之CTSP上附著內置如第3圖所示之專用控制器晶片310之FPC320，則將形成觸摸屏模組形態，可完成測量人手觸摸CTSP之位置之工作。
CTSP之工作原理如下：若人手接觸CTSP，則接觸部位之ITO電極之間之電容量變得與初始值不同。在專用控制器晶片310中，將利用施加於ITO電極之電信號脈衝之相位延遲變化測量此值之變化，並利用內置於晶片310之演算法解析，從而獲取手接觸於CTSP之位置資訊。因此，專用控制器晶片之作用在觸摸屏模組之工作中起到非常重要之功能。若改變CTSP之ITO電極圖案設計，則將改變之形態將引起電極之間電容量之變化，從而需使用根據這些改變設計編程之新專用控制器晶片。
各CTSP製造商完成觸摸屏模組為止之生產步驟，而先前之電氣特性質量檢測，在CTSP或觸摸屏模組狀態，利用專用控制器晶片完成。因此，若因CTSP之機型之變化導致CTSP之ITO電極圖案之變化，則每次都需使用搭載不同專用控制器晶片之檢測儀。另外，在先前利用專用控制器晶片之方式中，無法知道左右CTSP電氣特性之ITO感測器電極之間之電容量。另外，因專用晶片利用信號脈衝之相位遲延時間測量技法判定不良，因此，容易受EMI等外部環境條件變化之影響，降低測量精度。
本發明之目的在於克服先前技術之不足而提供一種利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置及其檢測方法，其無需CTSP專用控制器晶片，不受不同CTSP之ITO電極圖案形狀之影響而精確檢測CTSP之電氣特性，以判定不良品。
為達到上述目的，本發明利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置，其特徵在於，包括：LC共振部，其包括與CTSP之ITO感測器電極之間之電容量結合產生電氣共振之LC共振電路；OP放大器驅動部，連接於上述LC共振部並振盪上述LC共振部之LC共振電路，且將共振頻率之波形變換為矩形波；中繼部，連接於上述LC共振部並對稱並聯上述LC共振電路和上述CTSP之ITO感測器電極；微電腦部，連接於上述OP放大器驅動部並驅動上述中繼部，通過計算從上述OP放大器驅動部輸出之上述矩形波而測量頻率並判定CTSP之不良與否。
在此，較佳地，上述微電腦部測量相當於在上述LC共振電路之C值上加上ITO電極之間電容量之LC共振頻移並用平均值相除獲得規格化計算值，從而根據此計算值包含於良品之共振頻移範圍之內與否，判定CTSP之不良與否。
另外，較佳地，上述良品之共振頻移範圍，用平均值除以LC共振頻移進行規格化之後，由用戶判斷存在於指定良品範圍與否。
為達到上述目之，本發明利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測方法，其特徵在於：在包括與CTSP之ITO感測器電極之間之電容量結合產生電氣共振之LC共振電路；在振盪上述LC共振電路之同時，為使微電腦部計算頻率而變換為矩形波之OP放大器驅動部；及中繼部和微電腦部之利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置中，包括：第一步，為獲得通過單純LC振盪之標準共振頻率，在未連接CTSP和LC共振電路之狀態下，上述微電腦部通過頻率計算測量單純LC共振電路之標準共振頻率值並保存此值；第二步，通過上述微電腦部之信號工作之中繼部，各按雙依次並聯CTSP之ITO感測器電極和LC共振電路，此時，利用上述微電腦部測量並保存ITO電極之間之電容量加上LC共振電路之C值所產生之共振頻移值；第三步，通過重複上述第二步求利用上述微電腦部測量之各CTSP之共振頻移分佈，設定良品範圍並保存於上述微電腦部之記憶體；第四步，上述微電腦部通過規格化計算出所保存之特定通道之間共振頻移值並與保存在上述微電腦部之良品之共振頻移值相比較，從而根據位於良品之共振頻移範圍與否判定良品/不良品與否。
在此，較佳地，上述第四步測量相當於在上述LC共振電路之C值上加上ITO電極之間電容量之LC共振頻移並用平均值相除獲得規格化計算值，從而根據此計算值包含於良品之共振頻移範圍之內與否，判定CTSP之不良與否。
另外，較佳地，上述良品之共振頻移範圍，用平均值除以LC共振頻移進行規格化之後，由用戶判斷存在於指定良品範圍與否。
本發明利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置及其檢測方法具有如下優點：因利用LC共振頻率測量CTSP之ITO電極之間電容量值之異常與否，因此，不受不同ITO圖案和CTSP類型之影響，無需CTSP專用控制器晶片，即可判定CTSP之不良與否；另外，因為採用通過電氣共振現象之檢測電路，從而因共振現象固有之穩定性，耐靜電衝擊和外部EMI等電氣衝擊性強，而對機械振動或溫度、濕度變化等外部環境變化因素卻很遲鈍；而在測量過程中，因非通過計算電壓或電流值之方式，而通過計算頻率之方式測量，從而可確保1/1000以上之測量精度；另外，因可利用LC共振電路常數和共振頻率關係式，獲得CTSP之ITO電極之間實際電容量值，從而易用於不良分析。
第1圖為一般CTSP各層之結構圖；第2圖為一般CTSP之ITO電極等效電路示意圖；第3圖為一般之已完成觸摸屏模組結構示意圖；第4圖為本發明一實施例利用LC共振之CTSP檢測裝置電路圖；第5圖為本發明一實施例良品CTSP之各通道共振頻移曲線圖；第6圖為第5圖之結果之規格化及良品範圍設定曲線圖；第7圖為不良判定實例(1)曲線圖；第8圖為不良判定實例(2)曲線圖；第9圖為CTSP之ITO端子之間實際電容量測量結果曲線圖。
本發明之上述目的、特定及其他優點，將通過如下結合附圖對本發明較佳實施例進行詳細說明變得更加明瞭。下面，結合附圖對本發明利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置及其檢測方法進行詳細說明。在本說明書中，除特別標明的之外，附圖中之相同附圖標記表示相同之結構。
下面，結合附圖對本發明CTSP檢測方法進行詳細說明。
首先，適用本發明檢測方法之利用LC共振之CTSP檢測裝置之電路示於第4圖。如第4圖所示，檢測電路主要包括LC共振部410、OP放大器驅動部420、中繼部430及微電腦部440。
LC共振部410因一般CTSP之ITO電極之間電容量為數十pF之非常小之值，因此，為便於測量上述值由小於100pF之標準電容器(capacitor)和具備數百uH之電感(inductance)值之線圈構成LC共振電路，從而使標準共振頻率處於600kHz~800kHz範圍值之內。
OP放大器驅動部420在振盪LC共振電路之同時，將共振頻率之波形從正弦波轉換為矩形波，從而使微電腦部440便於計算。
中繼部430為各按雙依次並聯LC共振電路和CTSP之ITO感測器電極之裝置，通過接收微電腦部440之信號工作。
微電腦部440通過驅動中繼部430並計算從OP放大器驅動部420輸出之共振頻率脈衝信號(矩形波)測量頻率，具有電容量換算及判定CTSP不良與否之計算功能。
在本發明檢測裝置中，不在將LC共振部410之LC共振電路產生之類比信號轉換為數位脈衝計算器之OP放大器驅動部420之電路上發生干擾，而在微電腦部440測量時之精度為0.1%之誤差範圍，屬於非常高之水平。
下面，將說明通過上述如第4圖所示之檢測電路，利用共振頻移測量決定CTSP之電氣特性之ITO感測器電極之間電容量之過程。
首先，通過斷開所有中繼部430，從而未將CTSP之ITO感測器電極連接於LC共振電路時，利用微電腦部440測量單純共振電路之LC振盪時產生之共振頻率。
之後，通過微電腦部440之工作信號驅動中繼部430，從而使CTSP之ITO感測器電極，在觸摸面上為在相鄰之電極之間，而在電子端子為以上下對稱之雙連接，即例如，若存在10個ITO電極，首先連接1號和10號，接著連接2號和9號，以此類推，則ITO電極之間之嗲容量加上LC共振電路之C值產生共振頻移，而若利用微電腦部440測量此共振頻移值，則可根據共振頻移之程度差異，一對一換算CTSP之ITO各電極之間電容量值。上述測量法不受不同CTSP之ITO感測器電極之圖案形狀影響，從而不受CTSP類型之影響，可適用於任何情況。另外，在測量精度方面，因非通過計算電壓或電流值之方式，而通過計算頻率之方式測量，從而可始終不受給測量帶來不利影響之電器干擾之影響而完成精確之測量。
在結構方面，因利用與CTSP之ITO電極間距相同之PCB進行測量，從而與使用探針之探測儀不同，通過面接觸方式避免CTSP之電極損傷，而且因通過直接測量方式測量單元，從而測量阻抗及干擾較少。另外，即使CTSP之類型改變，也可通過簡單更換PCB來應對，從而不受所有CTSP類型之影響，以低廉之費用適用於任何情況。
第5圖為本發明一實施例良品CTSP之各通道共振頻移曲線圖；第6圖為第5圖之結果之規格化及良品範圍設定曲線圖；第7圖為不良判定實例(1)曲線圖；第8圖為不良判定實例(2)曲線圖；第9圖為CTSP之ITO端子之間實際電容量測量結果曲線圖。
下面，結合第5至9圖舉例說明檢測CTSP不良與否之實際檢測過程。首先，利用微電腦部440測量CTSP檢測裝置之標準共振頻率，測得680kHz。接著，測量正常CTSP樣品之共振頻率並求其平均值。第5圖所示為其實際結果。
第5圖為利用如上所述之方法對具備32各端子之手機用CTSP正常樣品10張，測量因對稱雙之端子間電容量移位元之共振頻率之表示結果。第5圖中用虛線表示之通道3之測量值510為在10張CTSP樣品中，將3號端子和30號端子連接於上述檢測儀時獲得之值。其餘通道之值也與上述原理相同。接下來是用平均值除以所測得之移位元頻率之規格化(normalize)過程。其結果如第6圖所示。如第6圖所示，所有結果資料都處於用虛線610表示之±1%誤差範圍之內，從而將其設定為良品之共振頻移範圍並保存於微電腦記憶體中。這樣設定良品之頻移範圍之後，在檢測CTSP時，與由微電腦測量特定通道之間共振頻移並進行規格化計算保存之良品範圍值進行比較，而若超出此良品範圍，則可判定為不良。下面是不良判定之實例。第7和8圖為判定為不良之CTSP樣品之結果。在第7圖中，可看出用虛線710表示之兩個資料值超出良品之範圍，而在第8圖中，有多個資料值大大超出良品之範圍。第9圖為利用LC共振電路關係式，將第7圖之測量結果換算表示為CTSP之實際電容量之結果。此時，用於檢測電路之LC各為L=1mH，Cref=30pF。即，若測量共振頻移，則也可球之實際電容量。
因此，所有資料按不同通道測量及保存，而且利用頻率、電容量等物理量判定測量值之良/不良與否，從而可實現生產之標準管理。
上述利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置及其檢測方法，具有利用LC共振頻移，不受不同ITO圖案和CTSP類型之影響，無需CTSP專用控制器晶片，即可判定CTSP之不良與否之優點。
另外，因為採用通過電氣共振現象之檢查電路，從而因共振現象固有之穩定性，具有耐靜電衝擊和外部EMI等電氣衝擊性強，而對機械振動或溫度、濕度變化等外部環境變化因素卻很遲鈍之優點。而在測量過程中，不是利用電壓或電流，而是利用頻率計算測量，從而具有可確保1/1000以上測量精度之優點。
另外，因可利用LC共振電路常數和共振頻率關係式，獲得CTSP之ITO電極之間實際電容量值，從而具有易用於不良分析之優點。
上述實施例僅用以說明本發明而非限制，本領域之普通技術人員應當理解，可以對本發明進行修改、變形或者等同替換，而不脫離本發明之精神和範圍，其均應涵蓋在本發明之申請專利範圍當中。
110‧‧‧下部接地用薄膜
120‧‧‧感測器電極薄膜
130‧‧‧電介質薄膜
140‧‧‧保護薄膜
150‧‧‧ITO電極
210、220‧‧‧電容器
310‧‧‧專用控制器晶片
320‧‧‧FPC
410‧‧‧LC共振部
420‧‧‧OP放大器驅動部
430‧‧‧中繼部
440‧‧‧微電腦部
510‧‧‧測量值
610、710‧‧‧虛線
第1圖為一般CTSP各層之結構圖；
第2圖為一般CTSP之ITO電極等效電路示意圖；
第3圖為一般之已完成觸摸屏模組結構示意圖；
第4圖為本發明一實施例利用LC共振之CTSP檢測裝置電路圖；
第5圖為本發明一實施例良品CTSP之各通道共振頻移曲線圖；
第6圖為第5圖之結果之規格化及良品範圍設定曲線圖；
第7圖為不良判定實例(1)曲線圖；第8圖為不良判定實例(2)曲線圖；
第9圖為CTSP之ITO端子之間實際電容量測量結果曲線圖。
410‧‧‧LC共振部
420‧‧‧OP放大器驅動部
430‧‧‧中繼部
440‧‧‧微電腦部
Claims (6)
- 一種利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置，包括：LC共振部，其包括與CTSP之ITO感測器電極之間之電容量結合產生電氣共振之LC共振電路；OP放大器驅動部，連接於上述LC共振部並振盪上述LC共振部之LC共振電路，且將共振頻率之波形變換為矩形波；中繼部，連接於上述LC共振部並對稱並聯上述LC共振電路和上述CTSP之ITO感測器電極；微電腦部，連接於上述OP放大器驅動部並驅動上述中繼部，通過計算從上述OP放大器驅動部輸出之上述矩形波而測量頻率並判定CTSP之不良與否，其中該微電腦部基於一共振頻移判定該CTSP是否有缺陷，該共振頻移係該LC共振頻率與當該ITO感測器電極與該LC共振電路拆接時所產生的一參考共振頻率之間的一差值。
- 如申請專利範圍第1項所述之利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置，其中微電腦部測量相當於在上述LC共振電路之C值上加上ITO電極之間電容量之LC共振頻移並用平均值相除獲得規格化計算值，從而根據此計算值包含於良品之共振頻移範圍之內與否，判定CTSP之不良與否。
- 如申請專利範圍第2項所述之利用LC共振頻移之電容式 觸摸屏面板之檢測裝置，其中良品之共振頻移範圍，用平均值除以LC共振頻移進行規格化之後，由用戶判斷存在於指定良品範圍與否。
- 一種利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測方法，其中：在包括與CTSP之ITO感測器電極之間之電容量結合產生電氣共振之LC共振電路；在振盪上述LC共振電路之同時，為使微電腦部計算頻率而變換為矩形波之OP放大器驅動部；及中繼部和微電腦部之利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測裝置中，包括：第一步，為獲得通過單純LC振盪之標準共振頻率，在未連接CTSP和LC共振電路之狀態下，上述微電腦部通過頻率計算測量單純LC共振電路之標準共振頻率值並保存此值；第二步，通過上述微電腦部之信號工作之中繼部，各按雙依次並聯CTSP之ITO感測器電極和LC共振電路，此時，利用上述微電腦部測量並保存ITO電極之間之電容量加上LC共振電路之C值所產生之共振頻移值；第三步，通過重複上述第二步求利用上述微電腦部測量之各CTSP之共振頻移分佈，設定良品範圍並保存於上述微電腦部之記憶體；第四步，上述微電腦部通過規格化計算出所保存之特定通道之間共振頻移值並與保存在上述微電腦部之良品之共振頻移值相比較，從而根據位於良品之共振頻 移範圍與否判定良品/不良品與否。
- 如申請專利範圍第4項所述之利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測方法，其中上述微電腦部測量相當於在上述LC共振電路之C值上加上ITO電極之間電容量之LC共振頻移並用平均值相除獲得規格化計算值，從而根據此計算值包含於良品之共振頻移範圍之內與否，判定CTSP之不良與否。
- 如申請專利範圍第5項所述之利用LC共振頻移之電容式觸摸屏面板之檢測方法，其中上述良品之共振頻移範圍，用平均值除以LC共振頻移進行規格化之後，由用戶判斷存在於指定良品範圍與否。
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