CN102187319B

CN102187319B - 利用lc共振频率变化检测电容式触摸屏面板的装置及方法

Info

Publication number: CN102187319B
Application number: CN201080001521.9A
Authority: CN
Inventors: 高在骏; 金荣权
Original assignee: FTLAB
Current assignee: FTLAB
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: WO2011021825A2; JP5403640B2; TW201128205A; KR100971220B1; JP2011527440A; TWI431293B; WO2011021825A3; CN102187319A

Abstract

本发明涉及在电容式触摸屏面板不良与否检测过程中，不受不同CTSP之ITO电极图案之影响，无需CTSP专用控制器芯片而判定不良之检测装置及检测方法。本发明检测装置包括：LC共振部，其包括与CTSP之ITO传感器电极之间之电容量结合产生电气共振之LC共振电路OP放大器驱动部，连接于上述LC共振部并振荡上述LC共振部之LC共振电路，且将共振频率之波形变换为矩形波；中继部，连接于上述LC共振部并对称并联上述LC共振电路和上述CTSP之ITO传感器电极；微电脑部，连接于上述OP放大器驱动部并驱动上述中继部，通过计算从上述OP放大器驱动部输出之上述矩形波而测量频率并判定CTSP之不良与否。

Description

利用LC共振频率变化检测电容式触摸屏面板的装置及方法

技术领域

本发明系有关电容式触摸屏面板(capacitive touch screen panel，下称“CTSP”)之制造步骤判定不良与否之检测装置及检测方法，尤指通过利用LC共振频移精确测量CTSP之良品和不良品之间存在之ITO接触传感器电极之间微细电容量(capacitance)之差异，从而无需CTSP专用控制器芯片，不受不同CTSP之ITO电极图案之影响而准确判定不良之检测装置及检测方法。

背景技术

一般而言，附着于手机或KIOSK等显示画面之上并通过手之触摸输入各种按钮或信息之触摸屏面板，包括电阻膜方式和电容方式。其中，电容式触摸屏面板CTSP一般具有如图1所示之结构。其包括：位于最下端之下部接地用薄膜110；其上之形成有起到接触传感器作用之透明ITO电极图案之传感器电极薄膜120；其上之通过粘合剂附着于ITO电极之电介质薄膜130；最上面之保护薄膜140。根据不同制造商，作为接触传感器电极之ITO电极150图案之形状，根据其性能和专用控制器芯片之驱动方式有所不同，而整体基本结构如上所述，尤其是，在ITO传感器电极之间维持电容量之方式是各制造商之共同点。即，如图2所示，所有CTSP是ITO电极之间存在之电容器210和下部接地所产生之电容器220之串并联结合形态之等效电路。

若在上述结构之CTSP上附着内置如图3所示之专用控制器芯片310之FPC320，则将形成触摸屏模块形态，可完成测量人手触摸CTSP之位置之工作。

CTSP之工作原理如下：若人手接触CTSP，则接触部位之ITO电极之间之电容量变得与初始值不同。在专用控制器芯片310中，将利用施加于ITO电极之电信号脉冲之相位延迟变化测量此值之变化，并利用内置于芯片310之算法解析，从而获取手接触于CTSP之位置信息。因此，专用控制器芯片之作用在触摸屏模块之工作中起到非常重要之功能。若改变CTSP之ITO电极图案设计，则将改变之形态将引起电极之间电容量之变化，从而需使用根据这些改变设计编程之新专用控制器芯片。

各CTSP制造商完成触摸屏模块为止之生产步骤，而先前之电气特性质量检测，在CTSP或触摸屏模块状态，利用专用控制器芯片完成。因此，若因CTSP之机型之变化导致CTSP之ITO电极图案之变化，则每次都需使用搭载不同专用控制器芯片之检测仪。另外，在先前利用专用控制器芯片之方式中，无法知道左右CTSP电气特性之ITO传感器电极之间之电容量。另外，因专用芯片利用信号脉冲之相位迟延时间测量技法判定不良，因此，容易受EMI等外部环境条件变化之影响，降低测量精度。

发明内容

本发明之目的在于克服先前技术之不足而提供一种利用LC共振频移之电容式触摸屏面板之检测装置及其检测方法，其无需CTSP专用控制器芯片，不受不同CTSP之ITO电极图案形状之影响而精确检测CTSP之电气特性，以判定不良品。

为达到上述目的，本发明利用LC共振频移之电容式触摸屏面板之检测装置，其特征在于，包括：LC共振部，其包括与CTSP之ITO传感器电极之间之电容量结合产生电气共振之LC共振电路OP放大器驱动部，连接于上述LC共振部并振荡上述LC共振部之LC共振电路，且将共振频率之波形变换为矩形波；中继部，连接于上述LC共振部并对称并联上述LC共振电路和上述CTSP之ITO传感器电极；微电脑部，连接于上述OP放大器驱动部并驱动上述中继部，通过计算从上述OP放大器驱动部输出之上述矩形波而测量频率并判定CTSP之不良与否。

在此，较佳地，上述微电脑部测量相当于在上述LC共振电路之C值上加上ITO电极之间电容量之LC共振频移并用平均值相除获得规格化计算值，从而根据此计算值包含于良品之共振频移范围之内与否，判定CTSP之不良与否。

另外，较佳地，上述良品之共振频移范围，用平均值除以LC共振频移进行规格化之后，由用户判断存在于指定良品范围与否。

为达到上述目之，本发明利用LC共振频移之电容式触摸屏面板之检测方法，其特征在于：

在包括与CTSP之ITO传感器电极之间之电容量结合产生电气共振之LC共振电路；在振荡上述LC共振电路之同时，为使微电脑部计算频率而变换为矩形波之OP放大器驱动部；及中继部和微电脑部之利用LC共振频移之电容式触摸屏面板之检测装置中，包括：

第一步，为获得通过单纯LC振荡之标准共振频率，在未连接CTSP和LC共振电路之状态下，上述微电脑部通过频率计算测量单纯LC共振电路之标准共振频率值并保存此值；

第二步，通过上述微电脑部之信号工作之中继部，各按双依次并联CTSP之ITO传感器电极和LC共振电路，此时，利用上述微电脑部测量并保存ITO电极之间之电容量加上LC共振电路之C值所产生之共振频移值；

第三步，通过重复上述第二步求利用上述微电脑部测量之各CTSP之共振频移分布，设定良品范围并保存于上述微电脑部之内存；

第四步，上述微电脑部通过规格化计算出所保存之特定通道之间共振频移值并与保存在上述微电脑部之良品之共振频移值相比较，从而根据位于良品之共振频移范围与否判定良品/不良品与否。

在此，较佳地，上述第四步测量相当于在上述LC共振电路之C值上加上ITO电极之间电容量之LC共振频移并用平均值相除获得规格化计算值，从而根据此计算值包含于良品之共振频移范围之内与否，判定CTSP之不良与否。

本发明利用LC共振频移之电容式触摸屏面板之检测装置及其检测方法具有如下优点：

因利用LC共振频率测量CTSP之ITO电极之间电容量值之异常与否，因此，不受不同ITO图案和CTSP类型之影响，无需CTSP专用控制器芯片，即可判定CTSP之不良与否；

另外，因为采用通过电气共振现象之检测电路，从而因共振现象固有之稳定性，耐静电冲击和外部EMI等电气冲击性强，而对机械振动或温度、湿度变化等外部环境变化因素却很迟钝；而在测量过程中，因非通过计算电压或电流值之方式，而通过计算频率之方式测量，从而可确保1/1000以上之测量精度；

另外，因可利用LC共振电路常数和共振频率关系式，获得CTSP之ITO电极之间实际电容量值，从而易用于不良分析。

附图说明

图1为一般CTSP各层之结构图；

图2为一般CTSP之ITO电极等效电路示意图；

图3为一般之已完成触摸屏模块结构示意图；

图4为本发明一实施例利用LC共振之CTSP检测装置电路图；

图5为本发明一实施例良品CTSP之各信道共振频移曲线图；

图6为图5之结果之规格化及良品范围设定曲线图；

图7为不良判定实例(1)曲线图；

图8为不良判定实例(2)曲线图；

图9为CTSP之ITO端子之间实际电容量测量结果曲线图。

*附图标记*

410：LC共振部 420：OP放大器驱动部

430：中继部 440：微电脑部

具体实施方式

本发明之上述目的、特定及其它优点，将通过如下结合附图对本发明较佳实施例进行详细说明变得更加明了。下面，结合附图对本发明利用LC共振频移之电容式触摸屏面板之检测装置及其检测方法进行详细说明。在本说明书中，除特别标明的之外，附图中之相同附图标记表示相同之结构。

下面，结合附图对本发明CTSP检测方法进行详细说明。

首先，适用本发明检测方法之利用LC共振之CTSP检测装置之电路示于图4。如图4所示，检测电路主要包括LC共振部410、OP放大器驱动部420、中继部430及微电脑部440。

LC共振部410因一般CTSP之ITO电极之间电容量为数十pF之非常小之值，因此，为便于测量上述值由小于100pF之标准电容器(capacitor)和具有数百uH之电感(inductance)值之线圈构成LC共振电路，从而使标准共振频率处于600kHz～800kHz范围值之内。

OP放大器驱动部420在振荡LC共振电路之同时，将共振频率之波形从正弦波转换为矩形波，从而使微电脑部440便于计算。

中继部430为各按双依次并联LC共振电路和CTSP之ITO传感器电极之装置，通过接收微电脑部440之信号工作。

微电脑部440通过驱动中继部430并计算从OP放大器驱动部420输出之共振频率脉冲信号(矩形波)测量频率，具有电容量换算及判定CTSP不良与否之计算功能。

在本发明检测装置中，不在将LC共振部410之LC共振电路产生之模拟信号转换为数字脉冲计算器之OP放大器驱动部420之电路上发生干扰，而在微电脑部440测量时之精度为0.1％之误差范围，属于非常高之水平。

下面，将说明通过上述如图4所示之检测电路，利用共振频移测量决定CTSP之电气特性之ITO传感器电极之间电容量之过程。

首先，通过断开所有中继部430，从而未将CTSP之ITO传感器电极连接于LC共振电路时，利用微电脑部440测量单纯共振电路之LC振荡时产生之共振频率。

之后，通过微电脑部440之工作信号驱动中继部430，从而使CTSP之ITO传感器电极，在触摸面上为在相邻之电极之间，而在电子端子为以上下对称之双连接，即例如，若存在10个ITO电极，首先连接1号和10号，接着连接2号和9号，以此类推，则ITO电极之间之电容量加上LC共振电路之C值产生共振频移，而若利用微电脑部440测量此共振频移值，则可根据共振频移之程度差异，一对一换算CTSP之ITO各电极之间电容量值。上述测量法不受不同CTSP之ITO传感器电极之图案形状影响，从而不受CTSP类型之影响，可适用于任何情况。另外，在测量精度方面，因非通过计算电压或电流值之方式，而通过计算频率之方式测量，从而可始终不受给测量带来不利影响之电器干扰之影响而完成精确之测量。

在结构方面，因利用与CTSP之ITO电极间距相同之PCB进行测量，从而与使用探针之探测仪不同，通过面接触方式避免CTSP之电极损伤，而且因通过直接测量方式测量单元，从而测量阻抗及干扰较少。另外，即使CTSP之类型改变，也可通过简单更换PCB来应对，从而不受所有CTSP类型之影响，以低廉之费用适用于任何情况。

图5为本发明一实施例良品CTSP之各信道共振频移曲线图；图6为图5之结果之规格化及良品范围设定曲线图；图7为不良判定实例(1)曲线图；图8为不良判定实例(2)曲线图；图9为CTSP之ITO端子之间实际电容量测量结果曲线图。

下面，结合图5至图9举例说明检测CTSP不良与否之实际检测过程。首先，利用微电脑部440测量CTSP检测装置之标准共振频率，测得680kHz。接着，测量规格CTSP样品之共振频率并求其平均值。图5所示为其实际结果。

图5为利用如上所述之方法对具有32个端子之手机用规格CTSP样品10张，测量因对称双之端子间电容量移位元之共振频率之表示结果。图5中用虚线表示之通道3之测量值510为在10张CTSP样品中，将3号端子和30号端子连接于上述检测仪时获得之值。其余信道之值也与上述原理相同。接下来是用平均值除以所测得之移位元频率之规格化(normalize)过程。其结果如图6所示。如图6所示，所有结果数据都处于用虚线610表示之±1％误差范围之内，从而将其设定为良品之共振频移范围并保存于微电脑内存中。这样设定良品之频移范围之后，在检测CTSP时，与由微电脑测量特定通道之间共振频移并进行规格化计算保存之良品范围值进行比较，而若超出此良品范围，则可判定为不良。下面是不良判定之实例。图7和图8为判定为不良之CTSP样品之结果。在图7中，可看出用虚线710表示之两个资料值超出良品之范围，而在图8中，有多个数据值大大超出良品之范围。图9为利用下面LC共振电路关系式，将图7之测量结果换算表示为CTSP之实际电容量之结果。此时，用于检测电路之LC各为L＝1mH，Cref＝30pF。即，若测量共振频移，则也可球之实际电容量。

因此，所有数据按不同信道测量及保存，而且利用频率、电容量等物理量判定测量值之良/不良与否，从而可实现生产之标准管理。

上述利用LC共振频移之电容式触摸屏面板之检测装置及其检测方法，具有利用LC共振频移，不受不同ITO图案和CTSP类型之影响，无需CTSP专用控制器芯片，即可判定CTSP之不良与否之优点。

另外，因为采用通过电气共振现象之检查电路，从而因共振现象固有之稳定性，具有耐静电冲击和外部EMI等电气冲击性强，而对机械振动或温度、湿度变化等外部环境变化因素却很迟钝之优点。而在测量过程中，不是利用电压或电流，而是利用频率计算测量，从而具有可确保1/1000以上测量精度之优点。

另外，因可利用LC共振电路常数和共振频率关系式，获得CTSP之ITO电极之间实际电容量值，从而具有易用于不良分析之优点。

上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域之普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明之精神和范围，其均应涵盖在本发明之权利要求范围当中。

Claims

1.一种利用LC共振频移的电容式触摸屏面板（CTSP）的检测装置，包括：

LC共振部，其包括LC共振电路，该LC共振电路与所述电容式触摸屏面板的ITO传感器电极之间的电容量结合以产生电气共振；

OP放大器驱动部，连接于所述LC共振部并用于振荡所述LC共振部的LC共振电路，且将共振频率的波形变换为矩形波；

中继部，连接于所述LC共振部并把所述电容式触摸屏面板的ITO传感器电极通过依次连接所述ITO传感器电极的对而连接到所述LC共振电路；

微电脑部，连接于所述OP放大器驱动部并驱动所述中继部，通过计算从所述OP放大器驱动部输出的所述矩形波来测量LC共振频率以判定所述电容式触摸屏面板是否为良品，

其中，所述微电脑部测量LC共振频移，该LC共振频移相当于所述LC共振电路的C值上加上ITO电极之间电容量，并且所测量的LC共振频移除以LC共振频移的平均值以获得规格化计算值，从而根据该规格化计算值是否包含在良品的共振频移范围之内来判定所述电容式触摸屏面板是否为良品。

2.如权利要求1所述的检测装置，其中所述良品的共振频移范围按如下方式确定：LC共振频移除以LC共振频移的平均值而进行规格化之后，由用户判断经规格化的LC共振频移的是否存在于指定的良品范围。

3.一种利用LC共振频移的电容式触摸屏面板的检测方法，该方法使用：

与所述电容式触摸屏面板的ITO传感器电极之间的电容量结合以产生电气共振的LC共振电路；

在振荡所述LC共振电路的同时为使微电脑部计算LC共振频率而把共振频率的波形变换为矩形波的OP放大器驱动部；

中继部；和

微电脑部，

该方法包括：

第一步，为获得通过单纯LC振荡的标准共振频率，在所述电容式触摸屏面板不与所述LC共振电路连接的状态下，所述微电脑部通过计算LC共振频率来测量单纯LC共振电路的标准共振频率值并保存此值；

第二步，通过所述微电脑部的信号驱动中继部，把所述电容式触摸屏面板的ITO传感器电极的对依次连接到LC共振电路，此时，利用所述微电脑部测量并保存ITO电极之间的电容量加上所述LC共振电路的C值所产生的共振频移值；

第三步，通过重复上述第二步获得由所述微电脑部测量的多个电容式触摸屏面板的共振频移的分布，设定良品范围并保存在所述微电脑部的内存；

第四步，所述微电脑部通过规格化计算出为所述ITO传感器电极的对保存的共振频移值并与保存在所述微电脑部的良品的共振频移值范围相比较，从而根据所计算的值是否位于良品的共振频移范围而判定所述电容式触摸屏面板是否为良品，

其中，在第四步中，所述微电脑部测量LC共振频移，该LC共振频移相当于所述LC共振电路的C值上加上ITO电极之间电容量，所测量的LC共振频移除以LC共振频移的平均值以获得规格化计算值，从而根据该规格化计算值是否包含在良品的共振频移范围之内来判定所述电容式触摸屏面板是否为良品。

4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于：所述良品的共振频移范围通过如下方式确定：LC共振频移除以LC共振频移的平均值而规格化之后，由用户判断规格化的LC共振频移的是否存在于指定的良品范围。