CN105807977A - 触摸和悬停感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种触摸和悬停感测装置，包括：一绝缘基板，该绝缘基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近一待测物体；一悬停感测模组，该悬停感测模组设置于所述绝缘基板的第一表面，该悬停感测模组包括：多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件相互绝缘设置，每一第一静电感测元件的两端分别电连接一个第一电极，每一第二静电感测元件的两端分别电连接一个第二电极，该多个第一静电感测元件沿一第一方向延伸且相互间隔设置，该多个第二静电感测元件沿一第二方向延伸且相互间隔设置，每一第一静电感测元件和每一第二静电感测元件均为一根单壁或少壁碳纳米管；一触摸感测模组，该触摸感测模组设置于所述绝缘基板的第二表面。

Description

触摸和悬停感测装置
技术领域
本发明涉及一种触摸和悬停感测装置，尤其涉及一种基于碳纳米管的触摸和悬停感测装置。
背景技术
近年来，伴随着移动电话与触摸导航系统等各种电子设备的高性能化和多样化的发展，在液晶等显示设备的前面安装透光性的触摸屏的电子设备逐步增加。这样的电子设备的使用者通过触摸屏，一边对位于触摸屏背面的显示设备的显示内容进行视觉确认，一边利用手指或笔等方式按压触摸屏来进行操作。由此，可以操作电子设备的各种功能。
随着电子设备的快速发展，人们希望所述触摸屏也可以识别悬停动作，也就是说，通过手或者触控笔靠近触摸屏但不用接触到触摸屏的面板而使得触摸屏可以感测到手或者触控笔在面板上的位置，从而可以控制电子设备来实现操作。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种触摸和悬停感测装置。
一种触摸和悬停感测装置，包括：一绝缘基板，该绝缘基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近一待测物体；一悬停感测模组，该悬停感测模组设置于所述绝缘基板的第一表面，该悬停感测模组包括：多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件相互绝缘设置，每一第一静电感测元件的两端分别电连接一个第一电极，每一第二静电感测元件的两端分别电连接一个第二电极，该多个第一静电感测元件沿一第一方向延伸且相互间隔设置，该多个第二静电感测元件沿一第二方向延伸且相互间隔设置，每一第一静电感测元件和每一第二静电感测元件均为一根单壁或少壁碳纳米管，所述多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件在带静电的待测物体靠近时会产生电阻变化；一触摸感测模组，该触摸感测模组设置于所述绝缘基板的第二表面；所述悬停感测模组和触摸感测模组分别通过导电线路连接一控制芯片，该控制芯片控制所述悬停感测模组和触摸感测模组分别或同时工作，感测所述待测物体的位置坐标。
一种触摸和悬停感测装置，包括一电容式触摸屏，该电容式触摸屏具有一触控表面，一悬停感测模组绝缘设置在该触控表面上，该悬停感测模组包括：多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件相互绝缘设置，每一第一静电感测元件的两端分别电连接一个第一电极，每一第二静电感测元件的两端分别电连接一个第二电极，该多个第一静电感测元件沿一第一方向延伸且相互间隔设置，该多个第二静电感测元件沿一第二方向延伸且相互间隔设置，每一第一静电感测元件和每一第二静电感测元件均为一根单壁或少壁碳纳米管，所述多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件在带静电的待测物体靠近时会产生电阻变化；所述悬停感测模组和电容式触摸屏分别通过导电线路连接一控制芯片，该控制芯片控制所述悬停感测模组和电容式触摸屏分别或同时工作，感测所述待测物体的位置坐标。
与现有技术相比，本发明所提供的触摸和悬停感测装置，可以感测位于触摸和悬停感测装置上方但未直接接触该触摸和悬停感测装置的悬停对象的位置及移动，也可以感测直接按压该触摸和悬停感测装置的触摸对象的位置及移动。进一步可以使手等工具靠近触摸和悬停感测装置但未直接接触触摸和悬停感测装置以及直接按压所述触摸和悬停感测装置，即可实现对设置于触摸和悬停感测装置上的电子产品的操作。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的触摸和悬停感测装置的剖面结构示意图。
图2为碳纳米管电子态密度分布曲线。
图3为用扫描隧道谱(STS)实测的碳纳米管常温下电子态密度分布曲线。
图4为本发明第一实施例提供的触摸和悬停感测装置中悬停感测模组的俯视结构示意图。
图5为本发明第一实施例提供的触摸和悬停感测装置采用碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图6为本发明第二实施例提供的触摸和悬停感测装置中悬停感测模组的俯视结构示意图。
主要元件符号说明
触摸和悬停感测装置100，200
基底10
第一表面12
第二表面14
悬停感测模组20
第一静电感测元件22
第一电极220
第二静电感测元件24
第二电极240
触摸感测模组30
触摸和悬停控制系统40
触摸感测单元42
悬停感测单元44
电路控制元件440
电流测试元件442
切换控制单元46
控制器460
第一开关462
第二开关464
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的触摸和悬停感测装置作进一步的详细说明。
请参见图1、图4，本发明第一实施例提供一种触摸和悬停感测装置100，该触摸和悬停感测装置100包括一基底10、一悬停感测模组20、一触摸感测模组30、一触摸感测单元42、一悬停感测单元44及一切换控制单元46。所述基底10包括一第一表面12以及一与所述第一表面12相对的第二表面14，所述悬停感测模组20设置于基底10的第一表面12，所述触摸感测模组30设置于基底10的第二表面14。所述触摸感测单元42、悬停感测单元44和切换控制单元46组成一触摸和悬停控制系统40。所述悬停感测模组20和触摸感测模组30耦合到该触摸和悬停控制系统40。所述触摸和悬停控制系统40可以控制在触摸模式和悬停模式之间的传感器切换。可以理解，所述触摸和悬停控制系统40可以为一控制芯片，该控制芯片控制所述悬停感测模组20和触摸感测模组30同时工作或分别工作，以感测待测物体的位置坐标。具体地，所述切换控制单元46控制所述悬停感测模组20与触摸感测单元42电连接，以及控制触摸感测模组30与悬停感测单元44电连接。
所述基底10为绝缘材料制成，主要起支撑的作用。在与一显示器结合使用时，该基底10为透明的薄膜或薄板。在不需要透明的电子器件中使用时，该基底10可以为不透明的薄膜或者薄板。该基底10的材料为塑料或树脂等柔性材料。具体地，该基底10所用的材料可选择为聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，以及聚醚砜(PES)、纤维素酯、聚氯乙烯(PVC)、苯并环丁烯(BCB)及丙烯酸树脂等材料。该基底10的厚度为1毫米～1厘米。该基底10的面积、形状不限，可以根据实际需要选择。本实施例中，该基底10的材料为2厘米乘2厘米的石英片，厚度为2毫米。该基底10可以是水平基底10，也可以是弯曲基底10。当该基底10为弯曲基底10时，该基底10的表面为曲面。
所述悬停感测模组20包括多个第一静电感测元件22、多个第二静电感测元件24、多个第一电极220和多个第二电极240。所述多个第一静电感测元件22与多个第二静电感测元件24绝缘交叉设置于基底10的第一表面12，进一步，所述多个第一静电感测元件22与多个第二静电感测元件24相互垂直且绝缘设置。所述多个第一静电感测元件22与多个第二静电感测元件24相互交叉并形成多个格子，每一第一静电感测元件22相对的两端分别设置一第一电极220并与该第一电极220电连接，每一第二静电感测元件24相对的两端分别设置一第二电极240并与该第二电极240电连接。具体地，在平行于所述基底10的第一表面12的平面内定义了相互垂直的第一方向X和第二方向Y，所述多个第一静电感测元件22沿着第一方向X延伸，并且多个第一静电感测元件22相互平行间隔设置于基底10的第一表面12。所述多个第二静电感测元件24沿着第二方向Y延伸，并且多个第二静电感测元件24相互平行且间隔设置于所述多个第一静电感测元件22。相邻两个第一静电感测元件22之间的距离以及相邻两个第二静电感测元件24之间的距离均取决于分辨率的选择，可以在2毫米至2厘米范围内。
所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24为具有单晶结构的一维半导体纳米线状结构，其直径小于100纳米。当带有静电的物体靠近上述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24时，该多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24的电阻产生变化，从而可以提供一个电阻变化的信号。
所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24为具有单晶结构的一维半导体纳米线状结构，其直径小于100纳米。所谓一维半导体纳米线状结构指的是具有较大长径比的线状半导体结构，其直径在纳米级，并且具有宏观的长度使得长径比可以大于1000：1。该多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24可以为一根超长的单壁或少壁碳纳米管，如直径小于5纳米，长度大于1厘米的单壁或少壁碳纳米管。该多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24还可以是一条半导体性的石墨烯窄带，该半导体石墨烯窄带的宽度小于10纳米，厚度小于5纳米，长度大于1厘米。该多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24还可以是一根硅纳米线，该硅纳米线的直径小于5纳米，长度大于1厘米，具有半导体性。
所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24为一维材料，当一个带静电的物体靠近该一维材料时，该带静电的物体产生的电场很容易影响到所述一维材料，导致该一维材料的费米面移动，电导率发生显著变化，从而使得该带静电的物体可以被一维材料感测到。所述一维材料对静电灵敏的响应是源于它的两个特点：
一、一维材料对电场几乎无法构成屏蔽，可以被外界电场完全地调控，而对三维导体材料来说，外加电场会因为其表面的屏蔽而较难影响到其内部；
二、由于量子限域效应，一维材料的电子态密度会出现很多奇点，当费米面在奇点附近移动时，电子态密度会发生剧烈变化，电子态密度的剧烈变化会导致一维材料电导率的显著变化。
因此，可以通过静电来调制一维材料的费米面在奇点附近移动，使得一维材料的电导率发生显著变化，从而应用于带静电物体的感测。因此，为了实现感测静电的功能，所述一维材料的费米面距奇点的距离应该在一个特定的范围内。
以手性指数为(10,4)的碳纳米管为例，如图2，可以看到该碳纳米管的态密度分布曲线具有很多奇点，在奇点处态密度取极大。奇点的分布是相对能量零点对称的，在未进行任何掺杂的理想状态下，费米能级落在0eV处。上述性质是所有一维材料共有的特征。如前面所提到的，使一维材料对静电有灵敏的响应须使“费米面在奇点附近移动”，即须使费米能级抬高或者降低至离0eV最近的奇点附近。参照图3，在实际情况下，由于热激发、表面吸附以及与周围环境的相互作用，一维材料的奇点会被展宽成一个半高宽为L的峰，而且往往峰之间会交叠以至于峰位被埋没，但离0eV最近的奇点峰上升沿总是存在的。为了使一维材料对静电具有灵敏的响应，需要将费米面固定在距离奇点小于L/2处。在实际应用中，通过自然掺杂、人工掺杂等使一维材料费米面距离态密度奇点的距离在30～100meV内即可实现对静电具有灵敏的响应。
自然制备的碳纳米管样品暴露在空气中，由于吸附氧会形成p型掺杂，费米面距离态密度奇点的距离落在30～100meV内，优选地，费米面距离态密度奇点的距离落在60～100meV内，从而自然制备的碳纳米管对静电有灵敏的响应。石墨烯窄带、半导体纳米线(例如硅纳米线)也会吸附氧而形成p型掺杂，可以理解，也可以用掺杂剂来调整它们的掺杂程度以符合费米面距离态密度奇点的距离在30～300meV内的要求。
当带静电的物体靠近所述一维材料，调制其费米能级，会推动其费米能级位置的移动，对应的态密度也就变化了，电导率随之改变。故当考虑这一过程的灵敏度时，需要关注两点：
一、静电体对所述一维材料费米能级的调制效率；
二、态密度随费米能级移动的变化率。
对于第一点，它受一维材料的衬底、表面吸附等环境因素的强烈影响，从理论上定量确定是不可能的，我们只能从实验测量获得。以碳纳米管在二氧化硅衬底上为例，二氧化硅基底的样品中，测量得到的调制效率为4×10-5。第二点是对一维材料的性质的要求，也就是要求一维材料电导率σ变化对费米面位置EF移动的陡率(dσ/dEF)/(σ/EF)的绝对值约大于10-3，这样静电体靠近所述一维材料，能引起不小于10％的电导变化，有利于信号检测。
在使用直径分布在2nm-3nm的单壁或少壁碳纳米管做实验材料时，1000V(人手一般自然带电百伏到千伏，当人体与塑料、毛发摩擦后，则带电千伏以上)的静电体在靠近碳纳米管0.5cm处，测得碳纳米管的电导减少一半，dσ/σ～1/2。调制效率取4×10-5，则dEF～40meV。碳纳米管能隙EF～150meV。从而实验中碳纳米管电导率σ变化对费米面位置EF移动的陡率绝对值约为2。由于一维材料的电子态密度会出现奇点，奇点附近态密度变化剧烈，从而电导率变化也剧烈。在石墨烯窄带、半导体纳米线等一维材料中，也都能满足费米面位置移动导致的电导率变化陡率大于10-3的要求。如果要实现定性的感测带静电物体是否存在，需要满足费米面位置移动导致的电导率变化陡率大于10-3；如果要定量感测静电量或者感测带静电物体的位置，需要提高灵敏度，则需要满足费米面位置移动导致的电导率变化陡率大于10-1。
所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24可以通过绝缘胶粘剂粘附在所述基底10的第一表面12。并且所述多个第一静电感测元件22与所述多个第二静电感测元件24的绝缘方式不限，可以在所述多个第一静电感测元件22表面设置绝缘层后，再与所述多个第二静电感测元件24交叉设置。也可以在所述多个第一静电感测元件22与所述多个第二静电感测元件24交叉的部分设置绝缘层，以便使多个第一静电感测元件22与所述多个第二静电感测元件24相互绝缘。本实施例中，通过在所述多个第一静电感测元件22与所述多个第二静电感测元件24交叉的位置设置绝缘层实现电绝缘。本实施例中，所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24均由一根超长的单壁或少壁碳纳米管组成，所述少壁碳纳米管是指碳纳米管的管壁层数为2层至6层，优选地，所述少壁碳纳米管的管壁层数为2层至3层。所述悬停感测模组20之所以可以感测静电，这是因为，所述单根单壁或少壁碳纳米管是准一维结构，该准一维结构的直径越小，态密度越大，屏蔽效应越小，感测静电的灵敏度越高，即感测待测物体的位置坐标的灵敏度越高。所述单壁或少壁碳纳米管的直径小于5纳米，优选地，所述单壁或少壁碳纳米管的直径为2纳米至5纳米。所述超长的单壁或少壁碳纳米管是指所述单壁或少壁碳纳米管的长度大于1厘米。本实施例中，所述单壁或少壁碳纳米管的长度为2厘米，直径为2纳米。所述单壁或少壁碳纳米管可以通过“放风筝法”制备，可以参见CN103318868A。
所述多个第一电极220和多个第二电极240的材料不限，只要是导电材料均可，例如，金、银、铜、钯或者氧化铟锡(ITO)。所述多个第一电极220和多个第二电极240的形状不限，可采用现有触摸屏的电极形状。本实施例中，所述第一电极220和第二电极240的材料为ITO。
所述触摸感测模组30由一透明感测电极和第三电极组成，且该透明感测电极和第三电极设置于基底10的第二表面14。该透明感测电极的材料不限且该透明感测电极可以为一透明导电层，该透明导电层只要是能够用于触摸屏的透明导电层均可，具体地，所述透明导电层可以为碳纳米管层、ITO(氧化铟锡)导电层、TAO(氧化锡锑)导电层等中的任意一种。
所述碳纳米管层由多个碳纳米管组成，该碳纳米管层中大多数碳纳米管的延伸方向基本平行于该碳纳米管层的表面。所述碳纳米管层可以为水平碳纳米管阵列。所述碳纳米管层的厚度不限，可以根据需要选择；所述碳纳米管层的厚度为0.5纳米～100微米；优选地，该碳纳米管层的厚度为100纳米～200纳米。由于所述碳纳米管层中的碳纳米管均匀分布且具有很好的柔韧性，使得该碳纳米管层具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不易破裂。
所述碳纳米管层中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。优选地，该碳纳米管为双壁或多壁碳纳米管，碳纳米管的长度优选为200微米～900微米。
所述碳纳米管层中的碳纳米管无序或有序排列。所谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管层包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管层包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。所谓“择优取向”是指所述碳纳米管层中的大多数碳纳米管在一个方向或几个方向上具有较大的取向几率；即，该碳纳米管层中的大多数碳纳米管的轴向基本沿同一方向或几个方向延伸。所述碳纳米管层之中的相邻的碳纳米管之间具有间隙，从而在碳纳米管层中形成多个间隙。
所述碳纳米管层包括至少一碳纳米管膜。当所述碳纳米管层包括多个碳纳米管膜时，该碳纳米管膜可以基本平行无间隙共面设置或层叠设置。请参见图5，所述碳纳米管膜是由多个碳纳米管组成的自支撑结构。所述多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述多个碳纳米管是通过范德华(VanDerWaals)力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于(或固定于)间隔设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。具体地，所述碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管。该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，且沿同一方向择优取向排列。
可以理解，通过将多个碳纳米管膜平行且无间隙共面铺设或/和层叠铺设，可以制备不同面积与厚度的碳纳米管层。每个碳纳米管膜的厚度可为0.5纳米～100微米。当碳纳米管层包括多个层叠设置的碳纳米管膜时，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角α，0°≤α≤90°。
所述碳纳米管膜可通过从碳纳米管阵列直接拉取获得。具体地，首先于石英或晶圆或其它材质之基板上长出碳纳米管阵列，例如使用化学气相沈积(ChemicalVaporDeposition，CVD)方法；接着，以拉伸技术将碳纳米管逐一从碳纳米管阵列中拉出而形成。这些碳纳米管藉由范德华力而得以首尾相连，形成具一定方向性且大致平行排列的导电细长结构。所形成的碳纳米管膜会在拉伸的方向具最小的电阻抗，而在垂直于拉伸方向具最大的电阻抗，因而具备电阻抗异向性。
当所述碳纳米管膜作为透明导电层时，多个第三电极设置在与碳纳米管延伸方向相垂直的所述碳纳米管膜相对的两侧边。本实施例中，所述透明导电层仅为一层所述碳纳米管膜。
所述透明导电层可以采用一胶粘剂固定于所述基底10的第二表面14。所述胶粘剂可以选择是透明的材料制备。该胶粘剂的材料为具有低熔点的热塑胶或UV(UltravioletRays)胶，如PVC或PMMA等。所述胶粘剂干燥后形成一粘胶层，该粘胶层的厚度为1纳米～500微米，优选地，所述粘胶层的厚度为1微米～2微米。本实施例中，所述胶粘剂的材料为UV胶，厚度约为1.5微米。
所述第一电极220、第二电极240和第三电极的材料为金属、导电浆料或ITO等其他导电材料，只要确保该第一电极220、第二电极240和第三电极能导电即可。所述第一电极220、第二电极240和第三电极可以通过刻蚀导电薄膜，如金属薄膜或氧化铟锡薄膜制备，也可以通过丝网印刷法制备。
所述触摸感测单元42通过导线与所述触摸感测模组30电连接。具体地，所述触摸感测单元42通过导线与所述多个第三电极电连接，以使该触摸感测单元42与所述触摸感测模组30电连接。该触摸感测单元42可以测量触摸对象，例如手指或触控笔，在按压该触摸感测模组30时产生的电容并输出该电容信号。所述导线是指导电线路。
所述悬停感测单元44包括一电路控制元件440和一电流测试元件442，且通过一导线与所述悬停感测模组20电连接。具体地，所述悬停感测单元44通过导线与所述多个第一电极220和多个第二电极240电连接，以使该悬停感测单元44与所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24电连接。所述悬停感测模组20根据所述第一静电感测元件22和第二静电感测元件24的电阻变化而感测所述待测物体的位置坐标。所述悬停感测单元44可以向所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24施加直流电压后测量该多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24的电流并输出该电流信号。具体地，所述电路控制元件440和电流测试元件442通过一导线电连接，该电路控制元件440向所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24施加直流电压，该电流测试元件442测量所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24的电流而得知所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24的电阻变化。也即，所述悬停感测模组20感测每一个第一静电感测元件22以及每一个第二静电感测元件24的电流值，通过多个第一静电感测元件22以及多个第二静电感测元件24电流值的分布，判断所述待测物体的位置。所述待测物体靠近所述悬停感测模组20远离基底10的表面，且与所述悬停感测模组20远离基底10的表面之间的距离为0.5厘米至1厘米时，所述悬停感测模组20可以感测该待测物体的位置坐标。
所述切换控制单元46包括一控制器460、一第一开关462和一第二开关464。该第一开关462可以将所述悬停感测模组20耦合到悬停感测单元44，该第二开关464可以将触摸感测模组30耦合到触摸感测单元42。具体地，在悬停模式下，所述第一开关462将悬停感测模组20耦合到悬停感测单元44以处理悬停信号；在触摸模式下，所述第二开关464将触摸感测模组30耦合到触摸感测单元42以处理触摸信号。所述控制器460根据合适的控制方案来控制所述开关，例如，所述控制器460可以响应于计时器而在触摸模式和悬停模式之间进行切换，当计时器达到预设值时进行切换，而且，所述计时器可以被复位，以进入下一次切换。或者所述控制器460可以响应于诸如来自用户的手动输入或当发生特定条件时来自设备的逻辑输入之类的输入，以便在触摸模式和悬停模式之间进行切换。
进一步，所述触摸和悬停感测装置100还可以包括一第一保护层(图未示)覆盖于所述多个第一静电感测元件22、多个第二静电感测元件24、多个第一电极220和多个第二电极240，从而对所述悬停感测模组20进行保护；以及包括一第二保护层(图未示)覆盖所述透明导电层及第三电极，从而对所述触摸感测模组30进行保护。所述第一保护层和第二保护层选用传统透明绝缘材质，例如聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸二乙酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PolyMethylMethAcrylate，PMMA)或薄化之玻璃等。
所述触摸和悬停感测装置100在使用时，所述基底10的第一表面12靠近待测物体，也就是说，所述悬停感测模组20靠近使用者或待测物体，而所述触摸感测模组30远离使用者或待测物体。当该触摸和悬停感测装置100与一显示器结合时，所述触摸感测模组30位于显示器与悬停感测模组20之间，即仍然是使用者靠近悬停感测模组20。
触摸和悬停感测装置100处在触摸模式下时，当一触摸对象，例如人手或触控笔等，直接接触或按压触摸和悬停感测装置100的第一保护层时，触摸对象在触摸和悬停感测装置100产生的一个或多个不同的触摸点，由于由单壁或多壁碳纳米管形成的悬停感测模组20和基底10均是柔性的，进而相应地在所述触摸感测模组30产生一个或多个不同的触摸点，使触摸感测模组30的电容发生改变。该电容的变化值被触摸感测单元42感测并处理成触摸信号输出，从而确定所述触摸点的X坐标和Y坐标，即确定所述触摸点的位置。
触摸和悬停感测装置100处在悬停模式下时，当一悬停对象，例如人手或触控笔等，靠近该触摸和悬停感测装置100的第一保护层并且未直接接触该触摸和悬停感测装置100的第一保护层时，由于所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24为单壁或多壁碳纳米管，所述单壁或多壁碳纳米管的带隙结构受到所述悬停对象的影响，使得所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24的电流发生变化。所述悬停对象至所述多个第一静电感测元件22之间的距离与多个第一静电感测元件22的电流变化值有关，所述悬停对象至多个第一静电感测元件22之间的距离越小，多个第一静电感测元件22的电流变化值越大。所述悬停对象至所述多个第二静电感测元件24之间的距离与多个第二静电感测元件24的电流变化值有关，所述悬停对象至多个第二静电感测元件24之间的距离越小，多个第二静电感测元件24的电流变化值越大。也就是说，由于悬停对象距离每一第一静电感测元件22的距离不同，因此每一第一静电感测元件22的电流的变化也是不同，通常，最靠近悬停对象的第一静电感测元件22的电流变化是最大。同样，最靠近悬停对象的第二静电感测元件24的电流变化是最大，这个电流的变化值可以通过所述电流测试元件442测量出来，并作为输出信号输出。
具体地，将该多个第一静电感测元件22按排列顺序依次顺序编号，当有m个第一静电感测元件22在基底10的第一表面12设置时，由X1，X2，…，Xm表示第1个第一静电感测元件22至第m个第一静电感测元件22，其中m为正整数，即具有相邻编号的第一静电感测元件22的实际位置相邻。该多个第一静电感测元件22通过导线分别与所述悬停感测单元44电连接，进而实现施加直流电压给该多个第一静电感测元件22，以及测量每个第一静电感测元件22的电流。
将该多个第二静电感测元件24按排列顺序依次顺序编号，当有n个第二静电感测元件24在基底10的第一表面12设置时，由Y1，Y2，…，Ym表示第1个第二静电感测元件24至第n个第二静电感测元件24，其中n为正整数，即具有相邻编号的第二静电感测元件24的实际位置相邻。该多个第二静电感测元件24通过导线分别与所述悬停感测单元44电连接，进而实现施加直流电压给该多个第二静电感测元件24，以及测量每个第二静电感测元件24的电流。
所述电路控制元件440同时给每一第一静电感测元件22和每一第二静电感测元件24施加直流电压，当一悬停对象靠近该触摸和悬停感测装置100的基底10的第一表面12时，所述单壁或多壁碳纳米管的带隙结构受到所述悬停对象的影响，使得所述多个第一静电感测元件22和多个第二静电感测元件24的电流发生变化。所述电流测试元件442可以分别测出沿着第二方向Y和第一方向X的不同的第一静电感测元件22和第二静电感测元件24的电流变化。对应所述多个第一静电感测元件22的编号，定义多个第一静电感测元件22对应的电流变化值为RXm，就可以得到RX1，RX2，RX3，…，RXm共m个电流变化值。对应所述第二静电感测元件24的编号，定义所述第二静电感测元件24对应的电流变化值为RYn，就可以得到RY1，RY2，RY3，…，RYn共n个电流变化值。最靠近悬停对象的第一静电感测元件22的电流变化值最大，因此可以根据多个第一静电感测元件22中最大的电流变化值确定悬停对象至哪条第一静电感测元件22的距离最小，从而确定悬停对象在基底10表面上方在第二方向Y上的位置。同样，最靠近悬停对象的第二静电感测元件24的电流变化值最大，因此可以根据多个第二静电感测元件24中最大的电流变化值确定悬停对象至哪条第二静电感测元件24的距离最小，从而确定悬停对象在基底10第一表面12上方在第一方向X上的位置。如此，本实施例中的触摸和悬停感测装置100可以感测到在基底10第一表面12上方的悬停对象在基底10所在平面上X，Y方向的位置，从而可以确定悬停对象在基底10第一表面12所在平面的位置坐标。该位置坐标确定以后就可以实现通过位置坐标来控制包含有该触摸和悬停感测装置100的电子器件的功能。
所述触摸和悬停感测装置100可以识别手势或触控笔的移动等，也即，可以利用悬停对象的移动，例如手势或触控笔的移动等，实现指令的传送从而实现对触摸和悬停感测装置100的操作，进一步实现对各种包含有该触摸和悬停感测装置100的电子器件的操作，比如显示设备、开关等。进一步，可以根据驱动方式及计算方法的调整，实现多点触摸控制和多点悬停控制，通过分析信号的强弱，还可以对Z方向有一定的辨识能力。
请参见图6，本发明第二实施例提供一种触摸和悬停感测装置200，该触摸和悬停感测装置200与第一实施例中触摸和悬停感测装置100的区别是：第一实施例中，每一个第一静电感测元件22相对的两端分别设置一第一电极220并与该第一电极220电连接，每一个第二静电感测元件24相对的两端分别设置一第二电极240并与该第二电极240电连接。第二实施例中，每一个第一静电感测元件22具有相对的第一端和第二端，所述第一端与一个第一电极220电连接，所述多个第一静电感测元件22的第二端共同与一个第一电极220电连接，每一个第二静电感测元件24具有相对的第三端和第四端，所述第三端与一个第二电极240电连接，所述多个第二静电感测元件24的第四端共同与一个第一电极220电连接。第二实施例的触摸和悬停感测装置200与第一实施例的触摸和悬停感测装置100相比，在制备方法上，前者较为简单易操作。
本发明提供的触摸和悬停感测装置具有以下优点：可以感测位于触摸和悬停感测装置上方但未直接接触该触摸和悬停感测装置的悬停对象的位置及移动，也可以感测直接按压该触摸和悬停感测装置的触摸对象的位置及移动。进一步可以使手等工具靠近触摸和悬停感测装置但未直接接触触摸和悬停感测装置以及直接按压所述触摸和悬停感测装置，即可实现对设置于触摸和悬停感测装置上的电子产品的操作。即，通过直流信号和交流信号，可以区分悬停和触摸这两类动作，实现同一套系统对这两类动作的独立感测。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种触摸和悬停感测装置，包括：
一绝缘基板，该绝缘基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近一待测物体；
一悬停感测模组，该悬停感测模组设置于所述绝缘基板的第一表面，该悬停感测模组包括：多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件相互绝缘设置，该多个第一静电感测元件沿一第一方向延伸且相互间隔设置，该多个第二静电感测元件沿一第二方向延伸且相互间隔设置，每一第一静电感测元件的两端分别电连接一个第一电极，每一第二静电感测元件的两端分别电连接一个第二电极，每一第一静电感测元件和每一第二静电感测元件均为一根单壁或少壁碳纳米管，所述多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件在带静电的待测物体靠近时会产生电阻变化；
一触摸感测模组，该触摸感测模组设置于所述绝缘基板的第二表面；
所述悬停感测模组和触摸感测模组分别通过导电线路连接一控制芯片，该控制芯片控制所述悬停感测模组和触摸感测模组分别或同时工作，感测所述待测物体的位置坐标。
2.如权利要求1所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，所述少壁碳纳米管是指碳纳米管的管壁层数为2层至3层。
3.如权利要求1所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，任意两个相邻的第一静电感测元件之间的距离和任意两个相邻第二静电感测元件之间的距离相等，该距离为2毫米至2厘米。
4.如权利要求1所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，所述触摸感测模组包括一感测电极，该感测电极为一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列。
5.如权利要求1所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，所述悬停感测模组感测每一个第一静电感测元件以及每一个第二静电感测元件的电流值，通过多个第一静电感测元件以及多个第二静电感测元件电流值的分布，判断所述待测物体的位置。
6.如权利要求1所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，所述单壁或少壁碳纳米管的直径小于5纳米，长度大于1厘米。
7.如权利要求1所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，所述第一方向和第二方向相互垂直。
8.如权利要求1所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，所述多个第一静电感测元件相互平行，所述多个第二静电感测元件相互平行。
9.一种触摸和悬停感测装置，包括一电容式触摸屏，该电容式触摸屏具有一触控表面，一悬停感测模组绝缘设置在该触控表面上，该悬停感测模组包括：多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件相互绝缘设置，该多个第一静电感测元件沿一第一方向延伸且相互间隔设置，该多个第二静电感测元件沿一第二方向延伸且相互间隔设置，每一第一静电感测元件的两端分别电连接一个第一电极，每一第二静电感测元件的两端分别电连接一个第二电极，每一第一静电感测元件和每一第二静电感测元件均为一根单壁或少壁碳纳米管，所述多个第一静电感测元件和多个第二静电感测元件在带静电的待测物体靠近时会产生电阻变化；所述悬停感测模组和电容式触摸屏分别通过导电线路连接一控制芯片，该控制芯片控制所述悬停感测模组和电容式触摸屏分别或同时工作，感测所述待测物体的位置坐标。
10.如权利要求9所述的触摸和悬停感测装置，其特征在于，所述悬停感测模组感测每一个第一静电感测元件以及每一个第二静电感测元件的电流值，通过多个第一静电感测元件以及多个第二静电感测元件电流值的分布，判断所述待测物体的位置。
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