专利名称：电容式触摸屏ito电气特性检测方法及检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电容式触摸屏的检测，尤其涉及对触摸屏的IT0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IT0(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IT0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IT0电路层20、20'，在两IT0 电路层20、20'之间设置有隔离层10，每层IT0电路层(如图2所示)主要设置有IT0接 口 201，呈条状分布的IT0电极203以及连接在IT0电极203与IT0接口 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IT0电容式触摸屏的检测主要通过检测IT0电 路之间的阻抗值来判断IT0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、IT0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IT0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IT0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。
发明内容
本发明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方法和采用该方法的检测系统。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种电容式触摸屏IT0电气特性 检测方法，所述的电容式触摸屏包括至少两层IT0电路层，相邻IT0电路层之间设置有隔离 层，每层IT0电路层包括IT0接口、设置在IT0接口上的多条IT0电极、连接在IT0接口与 每条IT0电极之间的银导线，该方法包括如下步骤(a)、设置一 M * N行感应电极阵列，将被测电容式触摸屏放置在该感应电极阵列 上，并使得感应电极阵列与电容式触摸屏上待测点位置一一对应，则每层IT0电路层的IT0 电极与对应的每个感应电极之间均可等效为一个感应电阻串联一个感应电容的电路；(b)、用一个已经电感值的检测电感一端与第一层IT0电路层的IT0接口相连接， 检测电感的另一端定义为信号输入端；再用一个已知电阻值的检测电阻一端与对应的感应 电极相连，检测电阻另一端接地，与感应电极相连接的检测电阻一端定义为检测端，从而检 测电感、感应电阻、感应电容与检测电阻之间构成一个RLC电路；(c)、向上述信号输入端输入一个固定频率的正弦波信号，则在所述的检测端产生 一个与输入正弦波频率相同、具有一定周相差的正弦波；
(d)、通过量测信号输入端与检测端之间的周相差，调节输入正弦波的频率，使得 输入的正弦波与检测端的正弦波周相差为0，即可计算出相应IT0电极处与感应电极之间 的感应电容，选取一次周相差不等于0的测试结果，即可计算得到感应电阻值；(e)、按照步骤(b、c、d)分别对第一层IT0电路层所有IT0电极进行量测，从而得 到对应于第一层IT0电路层的二维感应电阻阵列和二维感应电容值矩阵；(f)、根据步骤(e)中测得的二维感应电阻阵列即可判断所述第一层IT0电路层的 IT0电极结构是否存在断裂、破裂或短路等电气结构的缺陷；根据测得的二维感应电容值 矩阵即可判断第一层IT0电路层的IT0电极周围是否存在材料分布不均勻、气泡或电路刮 伤等不良缺陷；(g)、按照上述步骤(b、c、d)对其它层IT0电路层所有IT0电极进行量测，从而可 得到该层IT0电路层的二维感应电阻值矩阵和二维感应电容值矩阵，从而可对相应的IT0 电路层的质量进行判断；(h)、根据步骤(f、g)测得的相应IT0电路层的二维感应电阻矩阵和二维感应电容 矩阵计算相邻两IT0电路层之间的电容矩阵，从而可判断相邻两IT0电路层之间的电容场 分布是否均勻。本发明还提供了一种电容式触摸屏IT0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--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IT0电 路层上的IT0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 IT0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IT0电路层 以及相邻IT0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。由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点采用本发明检 测方法的检测系统，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IT0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IT0电路层结构示意图；附图3为本发明触摸屏与感应电极阵列的位置示意图；附图4为IT0电极与感应电极的等效电路附图5为本发明基于ITO电路层等效电路构建的RLC电路图；附图6为本发明电容式触摸屏ITO电气特性检测系统框图；附图7为本发明感应电极阵列电路板结构图；附图8为本发明正弦波相位量测电路多选一电路示意图；附图9为本发明正弦波转方波电路原理图；附图10为本发明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为本发明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；
具体实施例方式下面结合附图对本发明优选实施例进行详细说明在采用本发明方法对触摸屏检测之前，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，不需再采用本发明方法就直接认 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 用本发明检测方法对触摸屏的电容场分布情况进一步检测，下面将以图1所示的触摸屏为 例，首先对本发明电容式多点触摸屏ITO电气特性检测方法实现过程进行说明步骤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，在本发明中，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Li，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TPl ；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TPl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Φ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 (其中εQ为正弦波信号电压幅值)对式1取时间t的微分，并把i=dq/dt代入，得 在稳定状态下上述微分方程的解可写作
式3 中， 由式3、4、5可知在稳定状态时，电流的频率力
与输入的正弦波信号的频率相同，电流振幅Itl有恒定的值，电流与输入信号之间有Φ的相位差。当
时周相差Φ = 0，即 对于检测点ΤΡ2上的信号
，所以检测点ΤΡ2的检测信 号与TPl的输入信号的关系为频率相同，存在周相差Φ ；步骤3，根据函数单调性的判断，只有一个频率使周相差Φ = 0，且周相差随频率
在⑴，+⑴)范围内在(-f，f)区间内单调增加；通过量测TPl与TP2之间的周相差，调节输
入正弦波的频率，使信号输入端TPl的输入正弦波与检测端TP2的量测正弦波的周相差Φ =0，即得到&，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Φ、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 ω在⑴，+⑴)区间内取值，对式6两边求导，得 由式7可知Φ ‘ > 0，根据函数单调性的判定法，ω在(0，+⑴)区间内取值，周 相差Φ单调增加，范围为
对于Φ = 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Rt[m，η]和二维电容值矩阵 Ct [m, η]；步骤5 依据步骤4中量测到的二维电阻值矩阵Rt[m，η]，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Ct[m，η]，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 均勻、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Rb [m，η]和二维电容值矩阵Cb[m， η]；依据量测到的二维电阻值矩阵Rb[m，η]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Cb[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勻、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Ct[m，n]与步骤6中得到的二维电容值矩 阵Cb[m，η]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CP[m，n]，对CP[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勻的判断，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。
(S9)上面对电容式多点触摸屏ITO电气特性检测方法进行了说明，下面仍结合图1所 示的触摸屏对采用该方法实现的检测系统进行说明本发明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Sl ；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Sl和S2分别输入正弦波转方波电路 21，产生2个TTL方波信号Dl和D2，如图9所示；最后，将得到的方波信号Dl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Dl的上升沿时，得到计数值Ni，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
,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VI，将Vl信号传送至正弦波信号控制及数据处理电路3。 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Sl与S2周相位差为0，并将测得的频率传送至频率记录单元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Φ中，其中上层ITO电路层20测得的结果为Ft [m，η]和Φ [πι，η]，下 层ITO电路层20'测得的结果为Fb [m，η]和(tb[m，η]。电容值电阻值记录单元34根据频率/周相位差记录单元33中保存的矩阵F和 Φ，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Ct [m, n]、Cb [m, η]和电阻值矩阵Rt [m, n]、Rb [m, η]，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 Cf[m，η]；将上述五个矩阵 Ct [m，η]、Cb[m，η]、Rt[m，η]、Rb[m，η]、CF[m， η]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。本发明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。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内 。
权利要求
一种电容式触摸屏ITO电气特性检测方法，所述的电容式触摸屏包括至少两层ITO电路层，相邻ITO电路层之间设置有隔离层，每层ITO电路层包括ITO接口、设置在ITO接口上的多条ITO电极、连接在ITO接口与每条ITO电极之间的银导线，其特征在于该方法包括如下步骤(a)、设置一M＊N行感应电极阵列，将被测电容式触摸屏放置在该感应电极阵列上，并使得感应电极阵列与电容式触摸屏上待测点位置一一对应，则每层ITO电路层的ITO电极与对应的每个感应电极之间均可等效为一个感应电阻(R)串联一个感应电容(Cs)的电路；(b)、用一个已经电感值的检测电感(L1)一端与第一层ITO电路层的ITO接口相连接，检测电感(L1)的另一端定义为信号输入端(TP1)；再用一个已知电阻值的检测电阻(R1)一端与对应的感应电极相连，检测电阻(R1)另一端接地，与感应电极相连接的检测电阻一端定义为检测端(TP2)，从而检测电感(L1)、感应电阻(R)、感应电容(Cs)与检测电阻(R1)之间构成一个RLC电路；(c)、向上述信号输入端(TP1)输入一个固定频率的正弦波信号，则在所述的检测端(TP2)产生一个与输入正弦波频率相同、具有一定周相差的正弦波；(d)、通过量测信号输入端与检测端之间的周相差，调节输入正弦波的频率，使得输入的正弦波与检测端的正弦波周相差为0，即可计算出相应ITO电极处与感应电极之间的感应电容(Cs)，选取一次周相差不等于0的测试结果，即可计算得到感应电阻值(R)；(e)、按照步骤(b、c、d)分别对第一层ITO电路层所有ITO电极进行量测，从而得到对应于第一层ITO电路层的二维感应电阻阵列(Rt[m，n])和二维感应电容值矩阵(Ct[m，n])；(f)、根据步骤(e)中测得的二维感应电阻阵列(Rt[m，n])即可判断所述第一层ITO电路层的ITO电极结构是否存在断裂、破裂或短路等电气结构的缺陷；根据测得的二维感应电容值矩阵(Ct[m，n])即可判断第一层ITO电路层的ITO电极周围是否存在材料分布不均匀、气泡或电路刮伤等不良缺陷；(g)、按照上述步骤(b、c、d)对其它层ITO电路层所有ITO电极进行量测，从而可得到该层ITO电路层的二维感应电阻值矩阵(Rb[m，n])和二维感应电容值矩阵(Cb[m，n])，从而可对相应的ITO电路层的质量进行判断；(h)、根据步骤(f)、(g)测得的相应ITO电路层的二维感应电阻矩阵和二维感应电容矩阵计算相邻两ITO电路层之间的电容矩阵(Cp[m，n])，从而可判断相邻两ITO电路层之间的电容场分布是否均匀。
2.一种采用权利要求1所述的检测方法进行电容式触摸屏IT0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IT0电路层上的IT0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IT0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IT0电路层以及相邻IT0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。
3.根据权利要求2所述的电容式触摸屏IT0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。
4.根据权利要求2所述的电容式触摸屏IT0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。
5.根据权利要求2或4所述的电容式触摸屏IT0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)，检测信号与输入信号转换为方波后输入至计数器(221)，所述 的计数器(221)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(223)转换成电压信号输出至正弦波信号控制及数据处理电路 ⑶。
6.根据权利要求5所述的电容式触摸屏IT0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。
7.根据权利要求2所述的电容式触摸屏IT0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/周相差记录单元(33)、电容值电阻值计 算单元(34)，所述的频率/周相差记录单元(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/周相差记录单元(33) 中保存的矩阵计算电容电阻矩阵。
全文摘要
本发明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用于承载被测触摸屏，检测时，分别向触摸屏的各ITO电路层发送正弦波，由正弦波相位量测电路测量输入信号与感应信号之间的周相差，并通过调整正弦波频率的输出，从而得到各ITO电路层与感应电极之间以及相邻两ITO电路层之间的电容场分布情况，根据该电容场分布可判断出ITO线路及银导线电气特性是否良好，从而实现进一步检测触摸屏的良率，具有较大的推广应用价值。
文档编号G01R31/02GK101846712SQ20101013787
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者顾鉴 申请人:苏州崴展电子科技有限公司