CN201754171U - 电容式触摸屏ito电气特性检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电容式多点触摸屏ITO电气特性检测系统，包括感应电极阵列电路板、正弦波相位量测电路以及正弦波信号控制及数据处理电路，感应电极阵列电路板包括设置呈M行N列的M＊N个感应电极，正弦波相位量测电路包括输入端与感应电极阵列电路板的感应电极相连接的正弦波转方波电路、与正弦波转方波电路输出端相连接的相位差转电压量电路；正弦波信号控制及数据处理电路包括输出端分别与电容式触摸屏相应ITO电路层上的ITO接口及正弦波转方波电路相电连接的正弦波发生电路、与所述的相位差转电压量电路输出端相连接的控制单元，根据本检测系统可判断出ITO线路及银导线电气特性是否良好，具有较大的推广应用价值。

Description

电容式触摸屏ITO电气特性检测系统 

技术领域

本实用新型涉及电容式触摸屏的检测，尤其涉及对触摸屏的ITO电气特性进行检测以判断该产品为良品或不良品。 

背景技术

触摸屏由于其坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等诸多优点得到越来越多的应用。目前触摸屏类型主要有电阻式触摸屏、电容式触摸屏，其中由ITO(铟锡氧化物或称氧化物铟锡)制造而成的透明薄膜材料是制造电容式多点触摸屏的关键材料。该种电容式触摸屏由至少两层ITO薄膜压合而成，图1所示的为一种电容式触摸屏的截面图，其最外层为两层保护层30、30′，位于两保护层30、30′内侧为两ITO电路层20、20′，在两ITO电路层20、20′之间设置有隔离层10，每层ITO电路层(如图2所示)主要设置有ITO接201，呈条状分布的ITO电极203以及连接在ITO电极203与ITO接201之间的银导线202。在触摸屏制造出厂前，需要对其电气特性进行测试，以检测触摸屏为良品或不良品，从而避免不良品投入市场使用。现有的对ITO电容式触摸屏的检测主要通过检测ITO电路之间的阻抗值来判断ITO线路的完整性，所检测的不良情况包括一处或多处银线间的短路、ITO线路间的短路、线路间的漏电和约束阻抗的偏差等，当未出现上述情景，则判断该触摸屏产品为良品，事实上，对于该种触摸屏，还会存在银线破裂或ITO线路破裂等现象，这些现象的出现也将使得触摸屏产生致命的缺陷，而现有的检测系统和检测方法对银线破裂或ITO线路破裂等情况却不能被检测出来，本申请正是基于这一问题而进行的设计。 

实用新型内容

本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能够检测电容式多点触摸屏的电容场分布从而进一步检测触摸屏良率的检测系统。 

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种电容式触摸屏ITO电气特性检测系统，它包括： 

感应电极阵列电路板，其包括设置呈M行N列的M＊N个感应电极，所述的触摸屏设置在感应电极阵列电路板上，且触摸屏上被测点的位置与电路板上的感应电极在垂直方向上一一对应； 

正弦波相位量测电路，它包括输入端与所述的感应电极阵列电路板的感应电极相连接的正弦波转方波电路、与正弦波转方波电路输出端相连接的相位差转电压量电路； 

正弦波信号控制及数据处理电路，其包括输出端分别与电容式触摸屏相应ITO电路层上的ITO接口及正弦波转方波电路相电连接的正弦波发生电路、与所述的相位差转电压量电路输出端相连接的控制单元，所述的控制单元与正弦波发生电路相控制连接； 

检测时，正弦波信号控制及数据处理电路通过其正弦波发生电路向被测触摸屏的ITO接口以及正弦波转方波电路输入正弦波信号，所述的相位差转电压量电路将需测量位置的感应电极所测到的输入信号与感应信号之间的周相位差转换成电压信号输出至控制单元，所述的控制单元调整正弦波发生电路的输出的正弦波频率，从而测得各ITO电路层以及相邻ITO电路层之间的二维感应电容和电阻值，并根据预设标准电容电阻值进行被测触摸屏质量的判断。 

所述的正弦波相位量测电路由N个独立的量测模块组成，每个量测模块具有多个量测通道，从感应电极阵列电路输出的多路信号通过多选一电路输入至正弦波转方波电路中。 

所述的相位差转电压量电路包括依次相电连接的计数器、相位差判断与计算电路、D/A转换电路，检测信号与输入信号转换为方波后输入至计数器，所述的计数器以转换后的输入信号上升沿为触发信号，以远大于输入频率的计数频率开始计数，当检测到检测信号的上升沿时，得到计数值N1，当检测到输入信号的下一个上升沿时，计数终止，得到计数值N2，根据两计数值N1、N2的关系计算出输入信号与检测信号的周相差，并通过D/A转换电路转换成电压信号输出至正弦波信号控制及数据处理电路。 

所述的计数频率大于输入正弦波信号频率的360倍以上。 

所述的正弦波信号控制及数据处理电路还包括频率/周相位差记录单元、电容值电阻值计算单元，所述的频率/周相位差记录单元将测得的频率和周相差保 存在与感应电极阵列位置相对应的矩阵中，电容值电阻值计算单元根据频率/周相位差记录单元中保存的矩阵计算电容电阻矩阵。 

由于上述技术方案的采用，本实用新型与现有技术相比具有以下优点：采用本实用新型检测系统，在结合阻抗检测的基础上，增加对触摸屏电容场分布的检测，从而更加完善ITO线路及银导线的电气特性检测的完整性，具有较大的推广应用价值。 

附图说明

附图1为电容式触摸屏截面结构示意图； 

附图2为电容式触摸屏每ITO电路层结构示意图； 

附图3为本实用新型触摸屏与感应电极阵列的位置示意图； 

附图4为ITO电极与感应电极的等效电路图； 

附图5为本实用新型基于ITO电路层等效电路构建的RLC电路图； 

附图6为本实用新型电容式触摸屏ITO电气特性检测系统框图； 

附图7为本实用新型感应电极阵列电路板结构图； 

附图8为本实用新型正弦波相位量测电路多选一电路示意图； 

附图9为本实用新型正弦波转方波电路原理图； 

附图10为本实用新型相位差转电压量电路原理图； 

附图11为附图10中相位差检测波形图； 

附图12为本实用新型正弦波信号控制及数据处理电路原理图； 

其中：1、感测电极阵列电路板；11、基板；12、感应电极；13、线路；2、正弦波相位量测电路；21、正弦波转方波电路；22、相位差转电压量电路；221、计数器；222、相位差判断及计算单元；223、D/A转换电路；23、多选一电路；3、正弦波信号控制及数据处理电路；32、控制单元；31、正弦波发生电路；33、频率/周相位差记录单元；34、电容值电阻值计算单元；35、A/D转换电路；10、隔离层；20、ITO电路层；20′、ITO电路层；30、保护层；30′、保护层； 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型优选实施例进行详细说明： 

下面将以图1所示的触摸屏为例，首先对本实用新型电容式多点触摸屏ITO电气特性检测原理过程分析如下： 

步骤1，设置M行N列感应电极形成感应电极阵列，将被测电容式触摸屏放置在该感应电极阵列上，如图3所示，并使得电容式触摸屏上待测点位置与感应电极12相垂直对应，从而相应层ITO电路层的ITO电极203与感应电极12之间可以等效成一个电阻R串联一个电容Cs的电路，如图4所示，其中，电阻R称为感应电阻，电容Cs称为感应电容，该感应电阻R和感应电容Cs为所需量测的电容电阻； 

步骤2，如图5所示，用一个已知电感值的检测电感L1，其一端与相应ITO电路层的ITO接口相连，另一端为信号输入端TP1；再用一个已知阻值的检测电阻R1，其一端与感应电极相连为检测端TP2，一端与0电位相连；从而整个电路构成一个RLC电路；向信号输入端TP1输入一个固定频率的正弦波信号，则在检测端TP2会产生一个与输入正弦波频率相同，周相差为ф的正弦波； 

根据含源电路的欧姆定律，可得出图5电路的电压平衡方程式： 

${\mathrm{\ϵ}}_0\sin \mathrm{\ωt}=L_1\frac{d^{2}q}{{\mathrm{dt}}^2}+R\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{dt}}+\frac{q}{\mathrm{Cs}}+R_1\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{dt}}$ (式1) 

(其中ε₀为正弦波信号电压幅值) 

对式1取时间t的微分，并把 

代入，得 

${\mathrm{\ϵ}}_0\mathrm{\ω}\cos \mathrm{\ωt}=L_1\frac{d^{2}I}{{\mathrm{dt}}^2}+R\frac{\mathrm{dI}}{\mathrm{dt}}+\frac{I}{\mathrm{Cs}}+R_1\frac{\mathrm{dI}}{\mathrm{dt}}$ (式2) 

在稳定状态下上述微分方程的解可写作 

I＝I₀sin(ωt-φ)            (式3) 

式3中， 

$I_0=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0}{Z}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0}{\sqrt{{(R+R_1)}^2+{(L_1\mathrm{\ω}-\frac{1}{\mathrm{Cs\ω}})}^2}}$ (式4) 

$\tan \mathrm{\φ}=\frac{L_1\mathrm{\ω}-\frac{1}{\mathrm{Cs\ω}}}{R+R_1}$ (式5) 

由式3、4、5可知在稳定状态时，电流的频率 

与输入的正弦波信号的频率相同，电流振幅I₀有恒定的值，电流与输入信号之间有ф的相位差。当 

时周相差ф＝0，即 

$f_0=\frac{\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{L_1\mathrm{Cs}}}$ (式6) 

对于检测点TP2上的信号U_R1＝IR₁＝I₀sin(ωt-φ)R₁，所以检测点TP2的检测信号与TP1的输入信号的关系为频率相同，存在周相差ф； 

步骤3，根据函数单调性的判断，只有一个频率使周相差ф＝0，且周相差随频率在(0，+∞)范围内在 区间内单调增加；通过量测TP1与TP2之间的周相差，调节输入正弦波的频率，使信号输入端TP1的输入正弦波与检测端TP2的量测正弦波的周相差ф＝0，即得到f₀，代入式6，计算得到Cs，选取一次周相差不等于0的测试结果，将ф、Cs、ω代入上述式5，可计算得到电阻值R。 

进一步地，式5可改写成 

$\mathrm{\φ}=\arctan \left(\frac{L_1\mathrm{\ω}-\frac{1}{\mathrm{Cs\ω}}}{R+R_1}\right)$ (式7) 

ω在(0，+∞)区间内取值，对式7两边求导，得 

${\mathrm{\φ}}^{\′}=\frac{1}{1+{\left(\frac{L_1\mathrm{\ω}-\frac{1}{\mathrm{Cs\ω}}}{R+R_1}\right)}^2}$ (式8) 

由式8可知φ′＞0，根据函数单调性的判定法，ω在(0，+∞)区间内取值，周相差ф单调增加，范围为 

对于ф＝0只有一个频率值与之对应。 

步骤4：通过步骤1、2、3分别对图1所示的ITO电路层20的所有ITO电极进行量测，可以得到两个对应与该ITO电路层20的二维电阻值矩阵R_t[m，n] 和二维电容值矩阵C_t[m，n]； 

步骤5：依据步骤4中量测到的二维电阻值矩阵R_t[m，n]，即能判断该ITO电路层20的ITO电极结构是否存在断裂、破裂或短路等电气结构的缺陷；依据步骤4中量测到的二维电容值矩阵C_t[m，n]，即能判断该ITO电路层20的ITO电极周围是否存在材料分布不均匀、气泡或ITO电路刮伤等缺陷不良； 

步骤6：通过步骤1、2、3分别对另一ITO电路层20′的所有ITO电极进行量测，可以得到一组对应与该ITO电路层20′的二维电阻值矩阵R_b[m，n]和二维电容值矩阵C_b[m，n]；依据量测到的二维电阻值矩阵R_b[m，n]即能判断该ITO电路层20′的ITO电极结构是否存在断裂、破裂或短路等电气结构的缺陷；依据量测到的二维电容值矩阵C_b[m，n]，即能判断该ITO电路层20′的ITO电极周围是否存在材料分布不均匀、气泡或ITO电路刮伤等缺陷不良； 

步骤7：步骤4中得到的二维电容值矩阵C_t[m，n]与步骤6中得到的二维电容值矩阵C_b[m，n]分别是两个ITO电路层20、20′对应于感应电极阵列各点的电容值所组成的二维电容值矩阵。根据下列式9，经过对两个矩阵各个对应位置的计算，可以得到一个关于两个ITO电路层之间电容值的二维矩阵C_P[m，n]，对C_P[m，n]各点的值与其所在位置电容式触摸屏内所在的位置，从而可得出被测电容式触摸屏内部的电容场分布是否均匀的判断，也就对触摸屏是否存在银线破裂和ITO线路是否破裂进行了判断，从而保证检测更加精确。 

$C_p=\frac{C_t{C}_b}{C_b-C_t}$ (式9) 

上面对电容式多点触摸屏ITO电气特性检测原理进行了说明，根据上述原理制成的检测系统主要由三部分组成：感测电极阵列电路板1、正弦波相位量测电路2、正弦波信号控制及数据处理电路3三部分构成，如图6所示，下面对每个电路部分进行详细说明： 

如图7所示，所述的感测电极阵列电路板1主要由基板11、设置在基板11上呈M行N列的感应电极12以及与各感应电极12相连接的线路13组成，感应电极的形状可以为矩形，三角形或圆形，感应电极的M行和N列的具体数目可根据被测电容式触摸屏的尺寸大小、内部ITO电极结构而设定； 

在测试时，被测电容式触摸屏放置于感测电极阵列电路板1上，并且电容 式触摸屏的被测点位置与电路板上的感应电极在垂直方向上一一对应，如图3所示；各感应电极分别连接至所述的正弦波相位量测电路2。 

由于被量测的电容式触摸屏的尺寸大小不同，感测电极阵列的电极数也不同，因此，本实施例中，将正弦波相位量测电路设计为最大16个量测通道的单个模块；正弦波相位量测电路就由N个独立的量测模块组成，最多可以测16xN个感应电极；每个量测模块由16通道选1电路23、正弦波转方波电路21、及相位差转电压量电路22构成。各电路间信号处理过程如下： 

首先，正弦波相位量测电路1从感应电极阵列电路板1输入的16条量测通道中，通过16通道选1电路23，如图8所示，选择一条输入信号S1； 

然后，正弦波相位量测电路1从所述正弦波信号控制及数据处理电路3输入信号中，取得正弦波比对信号S2；将上步骤中获得的信号S1和S2分别输入正弦波转方波电路21，产生2个TTL方波信号D1和D2，如图9所示； 

最后，将得到的方波信号D1和D2，送入相位差转电压量电路22，见图10，相位差转电压量电路22包括依次相电连接的计数器221、相位差判断与计算电路222、D/A转换电路223，计数器221以方波信号D2上升沿为触发信号，以一定的计数频率F开始计数，F必须大于方波信号D2频率的360倍，当检测到方波信号D1的上升沿时，得到计数值N1，当检测到方波信号D2的下一个上升沿时，计数终止，得到计数值N2，参见图11所示； 

根据式7可知，输入信号与感测信号之间的周相位差范围为 

因此，当 

时，感测信号滞后输入信号，周相位差 

当 

时，感测信号超前输入信号，周相位差 

根据下式10将输入信号与感测信号的周相差，通过D/A转换电路转换成1-4V的电压信号V1，将V1信号传送至正弦波信号控制及数据处理电路3。 

$V_1=\left\{\begin{array}{cc}\frac{N_1}{N_2}\&times;6+2.5& (\frac{N_1}{N_2}<\frac{1}{4})\\ -\frac{N_2-N_1}{N_2}\&times;6+2.5& (\frac{N_1}{N_2}>\frac{3}{4})\end{array}\right.$ (式10) 

所述的正弦波信号控制及数据处理电路3主要包括用于产生正弦波的正弦波发生电路31、用于核心控制的控制单元32、频率/周相位差记录单元33、电容值电阻值计算单元34、以及A/D转换电路35，同时其还设置有用于与正弦波相位量测电路2相连接的接口以及与被测触摸屏ITO电路层接口相匹配连接的接口，如图12所示，在测量时，所述的正弦波信号控制及数据处理电路3通过相应接口与正弦波相位量测电路2以及被测触摸屏相连接，通过正弦波发生电路31产生可调频率的正弦波信号S2，分别送入正弦波相位量测电路2和被测触摸屏ITO电路层的内部ITO电极； 

所述的控制单元32接收正弦波相位量测电路2输出的转换后的电压信号，传送至作为反馈环节的A/D转换电路35，以使正弦波发生电路31调整输出正弦波的频率，使正弦波信号S1与S2周相位差为0，并将测得的频率传送至频率/周相位差记录单元33。 

频率/周相位差记录单元33将测得频率和周相位差保存在与感应电极阵列位置相对应的矩阵F和ф中，其中上层ITO电路层20测得的结果为Ft[m，n]和фt[m，n]，下层ITO电路层20′测得的结果为Fb[m，n]和фb[m，n]。 

电容值电阻值计算单元34根据频率/周相位差记录单元33中保存的矩阵F和ф，根据上述式5，计算出上层ITO电路层20与下层ITO电路层20′对应于感应电极阵列各点的电容值矩阵C_t[m，n]、C_b[m，n]和电阻值矩阵R_t[m，n]、R_b[m，n]，根据公式9，经过对两个矩阵各个对应位置的计算，得到一个关于上层ITO电路层20与下层ITO电路层20′之间电容值的二维矩阵C_F[m，n]；将上述五个矩阵C_t[m，n]、C_b[m，n]、R_t[m，n]、R_b[m，n]、C_F[m，n]与预设的标准值进行比较，从而可判断被测产品为不良品或良品。 

在采用本实用新型检测系统对触摸屏检测之前，可首先采用现有的阻抗检测方法对触摸屏进行检测，当采用阻抗值方法检测的触摸屏出现不良时，不需再采用本检测系统就直接认定该触摸屏为不良品；当采用现有阻抗值方法检测的触摸屏未出现不良问题，可进一步采用本实用新型检测系统对触摸屏的电容场分布情况进一步检测，即本实用新型检测系统在结合阻抗检测的基础上，增加了对触摸屏电容场分布的检测，从而更加完善ITO线路及银导线的电气特性检测的完整性，具有较大的推广应用价值。 

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此 项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种电容式触摸屏ITO电气特性检测系统，其特征在于：它包括：

感应电极阵列电路板(1)，其包括设置呈M行N列的M＊N个感应电极，所述的触摸屏设置在感应电极阵列电路板(1)上，且触摸屏上被测点的位置与电路板上的感应电极在垂直方向上一一对应；

正弦波相位量测电路(2)，它包括输入端与所述的感应电极阵列电路板(1)的感应电极相连接的正弦波转方波电路(21)、与正弦波转方波电路(21)输出端相连接的相位差转电压量电路(22)；

正弦波信号控制及数据处理电路(3)，其包括输出端分别与电容式触摸屏相应ITO电路层上的ITO接口及正弦波转方波电路(21)相电连接的正弦波发生电路(31)、与所述的相位差转电压量电路(22)输出端相连接的控制单元(32)，所述的控制单元(32)与正弦波发生电路(31)相控制连接；

检测时，正弦波信号控制及数据处理电路(3)通过其正弦波发生电路(31)向被测触摸屏的ITO接口以及正弦波转方波电路(21)输入正弦波信号，所述的相位差转电压量电路(22)将需测量位置的感应电极所测到的输入信号与感应信号之间的周相位差转换成电压信号输出至控制单元(32)，所述的控制单元(32)调整正弦波发生电路(31)的输出的正弦波频率，从而测得各ITO电路层以及相邻ITO电路层之间的二维感应电容和电阻值，并根据预设标准电容电阻值进行被测触摸屏质量的判断。

2.根据权利要求1所述的电容式触摸屏ITO电气特性检测系统，其特征在于：所述的感应电极阵列电路板(1)上的各感应电极形状为矩形、三角形或圆形。

3.根据权利要求1所述的电容式触摸屏ITO电气特性检测系统，其特征在于：所述的正弦波相位量测电路(2)由N个独立的量测模块组成，每个量测模块具有多个量测通道，从感应电极阵列电路输出的多路信号通过多选一电路输入至正弦波转方波电路(21)中。

4.根据权利要求1或3所述的电容式触摸屏ITO电气特性检测系统，其特征在于：所述的相位差转电压量电路(22)包括依次相电连接的计数器(221)、相位差判断与计算电路(222)、D/A转换电路(223)。

5.根据权利要求4所述的电容式触摸屏ITO电气特性检测系统，其特征在 于：所述的计数频率大于输入正弦波信号频率的360倍以上。

6.根据权利要求1所述的电容式触摸屏ITO电气特性检测系统，其特征在于：所述的正弦波信号控制及数据处理电路(3)还包括频率/周相位差记录单元(33)、电容值电阻值计算单元(34)，所述的频率/周相位差记录单元(33)将测得的频率和周相差保存在与感应电极阵列位置相对应的矩阵中，电容值电阻值计算单元(34)根据频率/周相位差记录单元(33)中保存的矩阵计算电容电阻矩阵。 

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