CN110225613A - 静电电容触摸开关模块的背光点亮方法 - Google Patents

静电电容触摸开关模块的背光点亮方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供背光的驱动难以对触摸开关的灵敏度产生影响的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法。通过以下的2个方法的至少一个方法抑制由于LED背光(6)的驱动产生的电气噪声：(1)针对多个发光二极管背光，使脉冲调制方式的脉冲波形的开/关定时不同时而相互分散；(2)延长脉冲调制方式的脉冲波形的上升沿和下降沿的至少一个所需要的时间。

Description

静电电容触摸开关模块的背光点亮方法
技术领域
本发明涉及静电电容触摸开关模块的背光点亮方法，具体涉及具有LED背光的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法。
背景技术
在家电设备、AV设备、PC/OA设备、工业机械、其他电子设备中，作为向各设备的输入单元之一，使用了静电电容方式的触摸开关模块。该静电电容方式的触摸开关模块在具备成为开关的多个传感器电极的触摸开关模块中，与以下的微计算机连接，该微计算机对传感器电极的静电电容的变化量进行数值化，在该数值超过预先确定的阈值时判定为手指接触。
另外，为了更明确地表示触摸开关模块的开关进行了动作，大多在传感器电极的背面安装了发光二极管(以下称为LED)背光。如果该LED背光的个数增多，则由于驱动这些LED而有时对触摸开关产生影响。
以前，已知具备能够兼顾驱动多个LED所需要的功率因数改善控制和恒流控制的变压器的LED点亮装置(专利文献1)。另外，已知能够降低LED点亮装置中的电磁噪声而抑制EMI的产生的LED照明装置(专利文献2)。
现有技术文献
【专利文献1】日本特开2015-84616号公报
【专利文献2】日本特开2013-62032号公报
发明内容
但是，对于使用了LED的照明装置和测定传感器电极的静电电容的变化量的静电电容方式的触摸开关模块，LED的点亮或熄灭所伴随的电磁感应等有很大影响，因此是技术不同的领域。
另外，与LED的点亮或照明装置相比，静电电容方式的触摸开关模块具有LED电流占模块的输入电流的比例高的倾向。特别是如果LED背光的个数增多，则向模块的输入电流的大半成为LED驱动电流。因此，有时由于LED驱动而发生电气变化，触摸开关会检测出LED驱动所伴随的电气变化而进行错误动作。
本发明就是为了应对这样的问题而提出的，其目的在于：在安装LED背光的静电电容触摸开关模块中，提供背光的驱动难以对触摸开关的灵敏度产生影响的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法。
本发明的静电电容触摸开关模块的点亮方法是在安装有多个LED背光的基板的上方配置有静电电容触摸开关面板并以脉冲调制方式驱动上述LED背光的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法，其特征在于：通过以下的2个方法的至少一个方法抑制由于上述LED背光的驱动产生的电气噪声。
(1)针对上述多个发光二极管背光，使上述脉冲调制方式的脉冲波形的开/关定时不同时而相互分散。
(2)延长上述脉冲调制方式的脉冲波形的上升沿和下降沿的至少一个所需要的时间。在此，安装有LED背光的基板的上方是指对静电电容触摸开关进行触摸操作的人侧的方向。
其特征在于：上述电气噪声的抑制基于晶体管的开关控制、或运算放大器控制。
另外，其特征在于：在上述静电电容触摸开关面板的多个触摸开关的下部分别配置有上述多个发光二极管背光。
本发明的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法通过针对由于多个LED背光驱动产生的电气噪声，使脉冲波形的开/关定时相互分散、和/或延长脉冲波形的上升沿和下降沿的至少一个所需要的时间，能够得到以下的效果。
(1)能够降低LED驱动对触摸开关的感应噪声，因此能够提高静电电容触摸开关的检测灵敏度，能够降低错误识别率。
(2)由于能够抑制LED驱动造成的电源的变动，进行检测的微计算机等控制部变得稳定，能够降低错误识别率。
(3)由于模块自身而产生的噪声减少，因此也能够针对静电电容触摸开关模块所受到的噪声，提高EMC耐性。
(4)触摸开关的动作裕度增加，因此制造工序和市场中的动作不良减少。
附图说明
图1是表示静电电容触摸开关模块的图。
图2是表示面板的布线网和LED基板的电气关联的图。
图3是表示脉冲波形和噪声之间的关系的图。
图4是表示点亮多个LED的情况下的波形的图。
图5是表示开关元件(晶体管)的电路图的图。
图6是表示电感耦合和脉冲波形之间的关系的图。
图7是表示电容耦合和脉冲波形之间的关系的图。
图8是表示运算放大器控制的电路图。
图9是表示实施了噪声对策例子2和3的情况下的电感耦合的结果的图。
图10是表示实施了噪声对策例子2和3的情况下的电容耦合的结果的图。
附图标记说明
1：静电电容触摸开关模块；2：触摸开关面板；3：LED背光和触摸开关控制基板；4：传感器电极和开关外观；5：印刷基板；6：LED背光；7：LED背光和触摸开关控制部；8：连接部；9：触摸开关控制布线网。
具体实施方式
作为实施例，在图1中表示本发明的静电电容触摸开关模块的一个例子。图1(a)表示立体图，图1(b)表示(a)的A-A截面图。图1所示的静电电容触摸开关模块1由触摸开关面板2、LED背光和触摸开关控制基板(以下称为LED背光基板)3构成。
触摸开关面板2在玻璃等透光性外壳2a的背面通过印刷或激光修整等施加传感器电极和开关外观4(以下称为传感器电极)，该传感器电极4与触摸开关控制布线网9连接。LED背光基板3由安装有与传感器电极4对应的多个LED背光6的印刷基板(PCB)5构成，在印刷基板5上安装有LED背光和触摸开关控制部(以下称为控制部)7。触摸开关面板2和LED背光基板3通过FPC等连接部8连接。在控制部7中，以脉冲调制方式驱动LED背光6。在此，脉冲调制方式的驱动是指通过进行了脉冲宽度调制后的脉冲波形进行驱动。
在上述结构的静电电容触摸开关模块1中，如果用手指触摸外壳2a的表面，则在传感器电极4和手指之间引起电容耦合，电极的静电电容变化。分为与开关外观对应的多个位置地设置传感器电极4，各传感器电极4通过布线网9和连接部8分别与LED背光基板3连接。通过LED背光基板3对传感器电极4的静电电容的变化量进行数值化，在该数值超过预先确定的阈值时判定为手指进行了接触。由此，静电电容触摸开关模块1能够检测到任意一个传感器电极4的静电电容是否变化了，能够检测出手指接触了哪个触摸开关部分。
在静电电容触摸开关模块1中，为了更明确地表示触摸开关面板2的传感器电极4(开关外观)动作了的情况，而安装有LED背光基板3。从进行触摸操作的人侧的方向看静电电容触摸开关，顺序地配置有触摸开关面板2、LED背光基板3。如果触摸了传感器电极4，则LED背光6进行点亮/熄灭/亮度变化/闪烁等来表示按下了开关。另外，用于驱动安装在LED背光基板3上的LED背光6的电流比用于控制触摸开关面板的电流大。特别在安装有很多LED背光6的情况下，具有LED电流占模块的输入电流的比例高的倾向，大多为LED驱动电流。
在图2中表示静电电容触摸开关模块1中的触摸开关面板2的触摸开关控制布线网9与LED背光基板3的控制部7之间的关系。图2是表示布线网9和控制部7的电气关联的图。如果使LED背光6点亮/熄灭/亮度变化/闪烁等的脉冲波形进行开/关，则产生电流的变动ΔI。由于电流流过，还产生电压的变动ΔV。在触摸开关面板2的布线网9和LED背光基板3的控制部7之间，存在电容C的电容耦合、以及电感L的电感耦合。如果减小电容C则能够减小该电容耦合，如果减小电感L则能够减小电感耦合。
通过增大触摸开关面板2和LED背光基板3之间的距离，能够减小电容耦合和电感耦合，但必须将LED背光基板3和LED背光6配置在触摸开关面板2的下面。另外，由于厚度限制等，必须减小图1所示的触摸开关面板2和LED背光基板3之间的间隔，对于近年来的静电电容触摸开关模块1来说，大多难以减小电容耦合和电感耦合。
电感耦合是指以下的现象，即如图2所示，脉冲波形的电流流过LED背光基板3的控制部7，由于其电流变动ΔI，在触摸开关面板2的布线网9中感应出感应电压e。感应电压e与电感L和(ΔI/Δt)的积成正比。Δt是脉冲波形的接通/关断所需要的时间。即，是脉冲波形的上升沿和/或下降沿所需要的时间。电感L由组装的模块的构造决定，因此感应电压e与每单位时间的电流变化(＝ΔI/Δt)成正比。因此，如果减小ΔI，增大Δt，则能够减小感应电压e。
电容耦合是指以下的现象，即如图2所示，脉冲波形的电流流过LED背光基板3的控制部7，由于因其电流变动ΔI产生的电压变动ΔV，在触摸开关面板2的布线网9中感应出感应电压V。感应电压V与电容C和(ΔV/Δt)的积成正比。Δt是脉冲波形的接通/关断所需要的时间。即，是脉冲波形的上升沿和/或下降沿所需要的时间。电容C由组装的模块的构造决定，因此感应电压V与每单位时间的电压变化(ΔV/Δt)成正比。因此，如果减小ΔV，增大Δt，则能够减小感应电压V。
上述感应电压V和感应电压e为由于LED背光的驱动而产生的电气噪声。在使多个LED点亮时容易产生该噪声。在图3中表示脉冲波形和噪声之间的关系。图3(a)表示脉冲波形，图3(b)表示与频率对应的噪声电平。
通过减小在图3(b)中用C表示的A(＝ΔV或ΔA)的值，能够减小噪声电平。本发明通过针对多个发光LED背光，使脉冲调制方式的脉冲波形的开/关定时不是同时而是相互分散，能够减小该A的值，能够降低噪声电平。另外，如在图3(b)中用D所示的那样，通过延长Δt，能够降低噪声频率。能够抑制频率越高则越容易产生的噪声的原因。
在图4中表示使多个LED点亮的情况下的波形。图4(a)表示使LED同时点亮的情况下的波形，图4(b)表示使LED点亮定时错开的情况下的波形，图4(c)表示进而控制各个Δt的情况下的波形。另外，在(a)～(c)中，在附图左侧表示各个LED波形，在附图右侧表示整体的波形，在时间轴的上侧表示LED电流变化，在下侧表示LED电压变化。
如现有例子那样，在使多个LED同时点亮的情况下(图4(a))，各个电流波形的峰值重叠。同时电压降重叠。其结果是作为整体的波形，电流波形的峰值增大，同时电压降增大，噪声增大。
针对使多个LED同时点亮的情况，在使LED点亮定时错开的情况下(图4(b))，电流波形的峰值与电压降错开。变得峰值被埋没在整体波形中。作为整体波形，电流增加的斜率变缓，噪声减少。同样地由于电压降分散而噪声减少。
针对上述图4(b)的效果，在进而控制各个Δt的情况下(图4(c))，在各个波形中没有峰值，电压降也减少，除此以外，通过控制Δt，能够调整为难以对触摸开关控制产生影响的频率。另外，电压降进一步分散。其结果是能够进一步降低噪声。
在触摸开关面板2上配置有成为多个触摸开关的传感器电极4，分别与该多个传感器电极4对应地在LED背光基板3上配置有背光6。在此，每个LED背光产生ΔI的电流变动和ΔV的电压变动，因此在安装有n个LED背光并且n个同时点亮的情况下，电流和电压变动成为n倍。例如在同时点亮16个LED背光的情况下，产生16×ΔI、16×ΔV的变动。即，在触摸开关面板2的布线网9中，由于电感耦合而产生与16×(ΔI/Δt)成正比的感应电压e，由于电容耦合而产生与16×(ΔV/Δt)成正比的感应电压V。这些感应电压V和感应电压e为电气噪声，使触摸开关面板2的检测灵敏度降低。
作为抑制由于LED背光的驱动产生的电气噪声的方法之一，有以下的方法，即如上述那样，使用开关元件(晶体管)，针对16个LED背光，使脉冲波形的开/关定时不同时而相互分散。作为对策例子1，根据图5～图7说明该方法。图5表示开关元件(晶体管)的电路图，图6表示电感耦合和脉冲波形之间的关系，图7表示电容耦合和脉冲波形之间的关系。此外，在图6和图7中，放大地表示出Δt。
在图5所示的使用了晶体管的开关元件中，将点亮周期T设为10ms，将占空比设为70％，而驱动16个LED背光。与点亮周期相比，晶体管的接通/断开所需要的时间即Δt极短。例如如果相对于点亮周期10ms，将Δt设为100ns，则Δt/T是0.001％，即使设为16×Δt/T，也为0.016％。根据以上的结果，作为使LED分散点亮的方法，在使点亮定时顺序地错开的情况下，也能够忽视外观上的影响。
图6和图7在左侧将使16个LED背光同时点亮时的脉冲波形表示为“通常点亮”，在右侧将噪声对策1的脉冲波形表示为“噪声对策例子1”。图6表示电感耦合的结果，图7表示电容耦合的结果。
噪声对策例子1是使晶体管的接通/关断定时顺序地错开Δt的例子。即，将LED的点亮开始时间设为LED01→Δt→LED02→……Δt→LED16。
噪声对策例子1的结果是能够将LED背光点亮所伴随的电感电压e的产生降低为1/16(图6)。这是因为电感电压e与电感L和(ΔI/Δt)的积成正比。同样，能够将LED背光点亮所伴随的电感电压V的产生降低为1/16(图7)。这是因为电感电压V与电容C和(ΔV/Δt)的积成正比。
图8是表示运算放大器控制的电路图。图8是导入了具备将运算放大器电路的负(-)端子和输出端子连接起来的负反馈电路的电压跟随电路的运算放大器电路的例子。能够通过运算放大器电压跟随电路来调整晶体管元件的接通/关断所需要的时间。即，可以延长Δt，设为n倍的Δt’。另外，电压跟随电路具有与输入到运算放大器的正(+)端子的波形相似的电流波形，如果输入波形的接通/关断所需要的时间是Δt’，则电流波形的接通/关断所需要的时间也为Δt’。
此外，例如即使相对于点亮周期10ms，Δt’为Δt的4倍的400ns，16×Δt’/T也为0.064％，即使延长接通/关断所需要的时间，也能够忽视外观上的影响。
图9和图10表示利用了运算放大器控制的噪声对策例子2和噪声对策例子3。图9表示实施了噪声对策例子2和3的情况下的电感耦合的结果，图10表示实施了噪声对策例子2和3的情况下的电容耦合的结果。
噪声对策例子2是将晶体管元件的接通/关断所需要的时间延长为Δt的4倍即Δt’的对策例子。噪声对策例子3是将晶体管元件的接通/关断所需要的时间设为Δt’、并且使接通/关断定时错开Δt’的对策例子。LED背光的个数、点亮周期T、以及占空比与噪声对策例子1相同。
噪声对策例子2的结果是能够将LED背光点亮所伴随的感应电压e和感应电压V的产生分别降低为1/4(图9和图10)。
噪声对策例子3的结果是能够将LED背光点亮所伴随的感应电压e和感应电压V的产生分别降低为1/64(图9和图10)。
工业上的可利用性
本发明的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法能够降低由于LED背光驱动而产生的电气噪声，因此检测灵敏度优良。其结果是能够在所有具备LED背光的静电电容触摸开关模块中利用。

Claims (4)

1.一种静电电容触摸开关模块的背光点亮方法，该静电电容触摸开关模块在安装有多个发光二极管背光的基板的上方配置有静电电容触摸开关面板并以脉冲调制方式驱动上述发光二极管背光，该静电电容触摸开关模块的背光点亮方法的特征在于：
通过以下的2个方法中的至少一个方法抑制由于上述发光二极管背光的驱动所产生的电气噪声：
(1)针对上述多个发光二极管背光，使上述脉冲调制方式的脉冲波形的开/关定时不同时而相互分散；
(2)延长上述脉冲调制方式的脉冲波形的上升沿和下降沿的至少一个所需要的时间。
2.根据权利要求1所述的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法，其特征在于：上述电气噪声的抑制基于晶体管的开关控制。
3.根据权利要求1所述的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法，其特征在于：上述电气噪声的抑制基于运算放大器控制。
4.根据权利要求1所述的静电电容触摸开关模块的背光点亮方法，其特征在于：在上述静电电容触摸开关面板的多个触摸开关的下部分别配置有上述多个发光二极管背光。
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