TWI432744B - 利用共振頻移之電容式觸控螢幕之電氣特性檢查裝置 - Google Patents

利用共振頻移之電容式觸控螢幕之電氣特性檢查裝置 Download PDF

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Description

利用共振頻移之電容式觸控螢幕之電氣特性檢查裝置 發明領域
本發明涉及電容式觸控螢幕(capacitive touch screen panel，下稱“CTSP”)之電氣特性檢查裝置，尤其涉及將LC並聯電路結合於CTSP並利用共振頻移，以判別CTSP電氣特性之檢查裝置。
 發明背景
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控式螢幕面板，包括電阻膜方式和電容方式。其中，電容式觸控螢幕，即CTSP包括在其最下端之下部具備接地用薄膜且在其上具備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；其上之通過黏合劑附著於ITO電極之電介質薄膜；最上面之保護薄膜。根據不同製造商，作為接觸感測器電極之ITO電極圖案之形狀，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。
一般而言，電容式觸控螢幕(CTSP)較薄地重迭設置由透明ITO圖案構成之橫向電極和縱向電極並在其中間設置電介質，而若從電路之觀點觀察，則可將其視為ITO電極之電容(第2圖中之Cp )之過電阻(第2圖中之Rp )串聯之形式。
若ITO之面電阻很低，從而使長度方向電阻小於1KΩ， 則電阻Rp 將在CTSP之電氣特性中被忽略，而可認為只有電容Cp 左右CTSP之電氣特性，但一般而言，用於智能手機等之CTSP之ITO電極之面電阻為200~500Ω/sq左右，而長度方向電阻為數十kΩ。因此，CTSP之電氣特性取決於Rp 和Cp 之串聯，而測量上述兩種電氣特性對於CTSP之特性檢查及功能檢查也非常重要。但是，在實際狀況中，因ITO電極設置於保護膜下端而被隱藏，因此，難以分離測量ITO電極之電阻(Rp )及電容(Cp )。
 發明概要
本發明之目的在於克服現有技術之不足而提供一種可同時測量根據共振頻移之CTSP之ITO電阻Rp 和電容Cp 之利用共振頻移之電容式觸控螢幕之電氣特性檢查裝置。
為了達到上述目的，本發明之利用共振頻移之電容式觸控螢幕之電氣特性檢查裝置，在利用共振電路之電容式觸控螢幕之檢查裝置中，包括：電源部，向電路供應電壓或電流；CTSP部，串聯CTSP之ITO電極之電阻Rp 及電極間之電容Cp ；共振部，包括與上述電源部連接並產生電氣共振之LC共振電路；共振頻率變更部，與上述共振部連接並變更上述共振部之共振頻率；運行部，在上述CTSP部和共振頻率變更部之間運行以連接上述CTSP部和共振頻率變更部；而且，通過上述運行部之運行，在連接上述CTSP部和共振部之狀態下，同時測量共振頻率變化導致之上述CTSP部之電阻Rp 和電容Cp 。
在此，較佳地，上述共振頻率之變化是在上述CTSP部之電阻Rp 串聯可任意變化之電阻r並通過r之變化實現。
另外，上述共振頻率變更部接通開關並在上述共振部追加串聯另外之電容器，以通過改變上述共振頻率測量上述CTSP部之電容Cp 。
在此，較佳地，固定上述CTSP部之電阻Rp 並測量上述共振頻率之變化所導致之上述CTSP部之電容Cp 。
本發明之檢查裝置，在現有CTSP串聯簡單之LC共振電路，以利用共振頻率特性容易檢測CTSP之電氣特性(Rp 、Cp )。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電極之間實際電容值，從而易用於不良分析。
圖式簡單說明
第1圖為本發明一實施例之電路框圖；第2圖為本發明一實施例之將LC共振電路連接於CTSP之形式之一電路圖；及第3圖為在第2圖之電路圖中計算根據電阻r之變化之共振頻率變化之計算圖表。
 具體實施方式
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共振頻移之電容式觸控螢幕之電氣特性檢查裝置進行詳細說明。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。
第1圖為本發明一實施例之電路框圖，而第2圖為本發明一實施例之將LC共振電路連接於CTSP之形式之一電路圖。如第1圖所示，本發明包括：電源部100，生成並供應電源電力；CTSP部500，串聯CTSP之ITO電極之電阻Rp 及電極間之電容Cp ；共振部200，包括與電源部100連接並產生電氣共振之LC共振電路；共振頻率變更部300，與共振部200連接並變更共振部200之共振頻率；運行部400，在CTSP部500和共振頻率變更部300之間運行以連接CTSP部500和共振頻率變更部300。
本發明之檢查裝置，通過運行部400之SW1之運行，在連接CTSP部500和共振部200之狀態下，同時測量共振頻率之變化導致之CTSP部500之電阻Rp 和電容Cp 。在此，共振頻率之變化是在CTSP部之電阻Rp 串聯可任意變化之電阻r並通過r之變化實現。
上述共振頻率變更部300接通另外之開關(SW2)並在共振部200追加並聯另外之電容C1 ，以通過改變共振頻率測量CTSP部500之電容Cp ，而在此時，可固定CTSP部500之電阻Rp 並測量共振頻率之變化所導致之CTSP部500之電容Cp 。
上述電源部100指一般之獨立電源，而上述一般意義上之獨立電源，利用變壓器等升壓或降壓至負載側所需電壓並進行傳遞。作為上述電源部100之獨立電源可包括交流電源及直流電源。交流電源包括交流電壓電源及交流電流電源，而上述直流電源包括直流電壓電源及直流電流電源。 在上述獨立電源為直流電源時，可利用逆變器將其變換為交流。
在本發明中，提供以數學方式解釋由具備如第2圖所示之開關SW1之運行部400和一般LC並聯共振電路(與共振部相同)200及CTSP部500之間結合構成之“變形LC並聯共振電路”，以同時測量構成CTSP部500之電氣特性之ITO電極之電容Cp 和電阻Rp 之方法。
本發明之原理如下：一般LC並聯電路之共振頻率(f0 )為阻抗(Z)無窮大之地點之頻率，可推導如下：可供參考的是，共振頻率(f0 )是指在由L和C組合而成之電路中，因其電路之固有頻率和電源之頻率一致而產生共振現象，從而使電流或電阻變成最大時之頻率，而RLC電路中之共振頻率(f0 )可推導如下：
在此，如式1所示，在作為基本LCref 並聯電路之LC並聯共振電路200中，接通運行部400之SW1，以使CTSP部500之ITO電極之電阻Rp 和電容Cp 連接，則此電路可視為從基本LCref 並聯電路變形之LCref 並聯電路和ITO電極之電阻Rp 、電容Cp 之串聯電路之間之變形LC共振電路，而在此時，各阻抗Z1 和Z2 如式2所示。
此電路之總阻抗Z可通過式3求得。
在上述總阻抗Z中，共振電路是在阻抗(Z)之虛數部位0之條件下決定，因此，滿足如下式4之頻率為共振頻率。
在此，若在Cref Cp LRp ≠0之情況下求正實根，則如式5所示。
在此，在電阻為Rp =0時成為基本共振，而電阻為Rp -->∞時，收斂為
不能只通過上述解在CTSP部500同時求得電阻Rp 和電容Cp 。但是，在電阻Rp 中串聯具有已知電阻值之電阻r並測量根據電阻r變化之共振頻率之變化資料，而且，將其代入式6即可同時求得電阻Rp 和電容Cp 。
第3圖為計算根據電阻r之變化之共振頻率變化之計算圖表。第3圖之圖表為在L=Rref =Rp =Cp =1時，在0.001<r<10範圍之內之變化計算圖表，而在特定r之範圍，隨r之增加共振頻率線性增加(0.01<r<5)。
在第1圖中，若將由電阻Rp 和電容Cp 構成之串聯RC電路之時間常數(Time Constant)設為τp ，而將只由L和電容Cp 構成之並聯共振電路之共振頻率為ωp ，則將形成如式7所示之關係。
現在，原來共振條件方程式為如式8所示，而其解如式9所示。
另外，若解共振條件方程式ωp ，則如式10所示。
在上述式10中，為求得ωp 和τp 而對ω0 進行變化，並測量隨之變化之ω。為此，接通上述共振頻率變更部300之開關SW2，以在共振部200追加並聯另外之電容C1 ，從而改變共振頻率。即，接通SW2以將C1 並聯至共振電路，從而改變ω0 ，而在此時，通過測量求得兩個以上之ω0 、ω值，則因有兩個未知數和兩個方程式，從而可求得ωp 和τp ，並最終通過下式11求得電阻Rp 和電容Cp 。
在上述式11中，電阻Rp 是相對於CTSP部500上之一個電容(Electrostatic Capacity)不變之值，因此，從而固定此值並通過隨觸摸環境(手指之位置等變化)之變化變化之ω，以準確測量各瞬間之電容Cp 。通過上述方法，可構建不僅可判定CTSP部500之不良與否，還可判定所製造出之CTSP部500整體性質之設備。
本發明之檢查裝置，在現有CTSP串聯簡單之LC共振電路，以利用共振頻率特性容易檢測CTSP之ITO電極之電氣特性(電阻Rp 、電容Cp )。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電極之間實際電容值，從而易用於不良分析。
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。
100‧‧‧電源部
200‧‧‧共振部
300‧‧‧共振頻率變更部
400‧‧‧運行部
500‧‧‧CTSP部
C1 、Cp ‧‧‧電容
f0 ‧‧‧共振頻率
SW1,SW2‧‧‧開關
r、Rp ‧‧‧電阻
τp ‧‧‧時間常數
ωp ‧‧‧共振頻率
Z‧‧‧總阻抗
Z1 、Z2 ‧‧‧阻抗
第1圖為本發明一實施例之電路框圖；第2圖為本發明一實施例之將LC共振電路連接於CTSP之形式之一電路圖；及第3圖為在第2圖之電路圖中計算根據電阻r之變化之共振頻率變化之計算圖表。
100‧‧‧電源部
200‧‧‧共振部
300‧‧‧共振頻率變更部
400‧‧‧運行部
500‧‧‧CTSP部

Claims (4)

  1. 一種用以利用共振頻移來檢查電容式觸控螢幕面板(CTSP)之電氣特性之裝置，其包括：電源部，其組配以供應電壓或電流至一電路；CTSP部，其組配使得CTSP之ITO電極之電阻Rp 及CTSP之該ITO電極間之電容Cp 係以彼此串聯之方式連接；共振部，其組配以包括與該電源部連接並產生電氣共振之LC共振電路；共振頻率變更部，其與該共振部連接並組配以變更該共振部之共振頻率；及運行部，其配置在該CTSP部和該共振頻率變更部之間，以連接該CTSP部和該共振頻率變更部；其中，藉由操作該運行部，在將該CTSP部連接至共振部之狀態下，響應於該共振頻率之變化，同時測量該CTSP部之電阻Rp 和電容Cp 。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中：該共振頻率之變化是藉由改變在該CTSP部之電阻Rp 所串聯連接之可任意變化之電阻r之電阻值而實現。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該CTSP部之電容Cp 是藉由下述方式量測：開啟該共振頻率變更部之開關，並因此將另一電容器連接以並聯至該共振部，藉此改變該共振頻率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中：固定該CTSP 部之電阻Rp 並響應於該共振頻率之變化，來測量該CTSP部之電容Cp 。
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