TWI571778B - 觸摸和懸停感測裝置 - Google Patents

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Description

觸摸和懸停感測裝置
本發明涉及一種觸摸和懸停感測裝置，尤其涉及一種基於奈米碳管的觸摸和懸停感測裝置。
近年來，伴隨著移動電話與觸摸導航系統等各種電子設備的高性能化和多樣化的發展，在液晶等顯示設備的前面安裝透光性的觸摸屏的電子設備逐步增加。這樣的電子設備的使用者通過觸摸屏，一邊對位於觸摸屏背面的顯示設備的顯示內容進行視覺確認，一邊利用手指或筆等方式按壓觸摸屏來進行操作。由此，可以操作電子設備的各種功能。
隨著電子設備的快速發展，人們希望所述觸摸屏也可以識別懸停動作，也就係說，通過手或者觸控筆靠近觸摸屏但不用接觸到觸摸屏的面板而使得觸摸屏可以感測到手或者觸控筆在面板上的位置，從而可以控制電子設備來實現操作。
有鑒於此，提供一種觸摸和懸停感測裝置實為必要。
一種觸摸和懸停感測裝置，包括：一絕緣基板，該絕緣基板具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近一待測物體；一懸停感測模組，該懸停感測模組設置於所述絕緣基板的第一表面，該懸停感測模組包括：複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件相互絕緣設置，每一第一靜電感測元件的兩端分別電連接一個第一電極，每一第二靜電感測元件的兩端分別電連接一個第二電極，該複數個第一靜電感測元件沿一第一方向延伸且相互間隔設置，該複數個第二靜電感測元件沿一第二方向延伸且相互間隔設置，每一第一靜電感測元件和每一第二靜電感測元件均為一根單壁或少壁奈米碳管，所述複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件在帶靜電的待測物體靠近時會產生電阻變化；一觸摸感測模組，該觸摸感測模組設置於所述絕緣基板的第二表面；所述懸停感測模組和觸摸感測模組分別通過導電線路連接一控制晶片，該控制晶片控制所述懸停感測模組和觸摸感測模組分別或同時工作，感測所述待測物體的位置座標。
一種觸摸和懸停感測裝置，包括一電容式觸摸屏，該電容式觸摸屏具有一觸控表面，一懸停感測模組絕緣設置在該觸控表面上，該懸停感測模組包括：複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件相互絕緣設置，每一第一靜電感測元件的兩端分別電連接一個第一電極，每一第二靜電感測元件的兩端分別電連接一個第二電極，該複數個第一靜電感測元件沿一第一方向延伸且相互間隔設置，該複數個第二靜電感測元件沿一第二方向延伸且相互間隔設置，每一第一靜電感測元件和每一第二靜電感測元件均為一根單壁或少壁奈米碳管，所述複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件在帶靜電的待測物體靠近時會產生電阻變化；所述懸停感測模組和電容式觸摸屏分別通過導電線路連接一控制晶片，該控制晶片控制所述懸停感測模組和電容式觸摸屏分別或同時工作，感測所述待測物體的位置座標。
與先前技術相比，本發明所提供的觸摸和懸停感測裝置，可以感測位於觸摸和懸停感測裝置上方但未直接接觸該觸摸和懸停感測裝置的懸停物件的位置及移動，也可以感測直接按壓該觸摸和懸停感測裝置的觸摸物件的位置及移動。進一步可以使手等工具靠近觸摸和懸停感測裝置但未直接接觸觸摸和懸停感測裝置及直接按壓所述觸摸和懸停感測裝置，即可實現對設置於觸摸和懸停感測裝置上的電子產品的操作。
圖1為本發明第一實施例提供的觸摸和懸停感測裝置的剖面結構示意圖。
圖2為奈米碳管電子態密度分佈曲線。
圖3為用掃描隧道譜（STS）實測的奈米碳管常溫下電子態密度分佈曲線。
圖4為本發明第一實施例提供的觸摸和懸停感測裝置中懸停感測模組的俯視結構示意圖。
圖5為本發明第一實施例提供的觸摸和懸停感測裝置採用奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖6為本發明第二實施例提供的觸摸和懸停感測裝置中懸停感測模組的俯視結構示意圖。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的觸摸和懸停感測裝置作進一步的詳細說明。
請參見圖1、圖4，本發明第一實施例提供一種觸摸和懸停感測裝置100，該觸摸和懸停感測裝置100包括一基底10、一懸停感測模組20、一觸摸感測模組30、一觸摸感測單元42、一懸停感測單元44及一切換控制單元46。所述基底10包括一第一表面12及一與所述第一表面12相對的第二表面14，所述懸停感測模組20設置於基底10的第一表面12，所述觸摸感測模組30設置於基底10的第二表面14。所述觸摸感測單元42、懸停感測單元44和切換控制單元46組成一觸摸和懸停控制系統40。所述懸停感測模組20和觸摸感測模組30耦合到該觸摸和懸停控制系統40。所述觸摸和懸停控制系統40可以控制在觸摸模式和懸停模式之間的感測器切換。可以理解，所述觸摸和懸停控制系統40可以為一控制晶片，該控制晶片控制所述懸停感測模組20和觸摸感測模組30同時工作或分別工作，以感測待測物體的位置座標。具體地，所述切換控制單元46控制所述懸停感測模組20與觸摸感測單元42電連接，及控制觸摸感測模組30與懸停感測單元44電連接。
所述基底10為絕緣材料製成，主要起支撐的作用。在與一顯示器結合使用時，該基底10為透明的薄膜或薄板。在不需要透明的電子器件中使用時，該基底10可以為不透明的薄膜或者薄板。該基底10的材料為塑膠或樹脂等柔性材料。具體地，該基底10所用的材料可選擇為聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，及聚醚碸(PES)、纖維素酯、聚氯乙烯(PVC)、苯並環丁烯(BCB)及丙烯酸樹脂等材料。該基底10的厚度為1毫米~1厘米。該基底10的面積、形狀不限，可以根據實際需要選擇。本實施例中，該基底10的材料為2厘米乘2厘米的石英片，厚度為2毫米。該基底10可以係水準基底10，也可以係彎曲基底10。當該基底10為彎曲基底10時，該基底10的表面為曲面。
所述懸停感測模組20包括複數個第一靜電感測元件22、複數個第二靜電感測元件24、複數個第一電極220和複數個第二電極240。所述複數個第一靜電感測元件22與複數個第二靜電感測元件24絕緣交叉設置於基底10的第一表面12，進一步，所述複數個第一靜電感測元件22與複數個第二靜電感測元件24相互垂直且絕緣設置。所述複數個第一靜電感測元件22與複數個第二靜電感測元件24相互交叉並形成複數個格子，每一第一靜電感測元件22相對的兩端分別設置一第一電極220並與該第一電極220電連接，每一第二靜電感測元件24相對的兩端分別設置一第二電極240並與該第二電極240電連接。具體地，在平行於所述基底10的第一表面12的平面內定義了相互垂直的第一方向X和第二方向Y，所述複數個第一靜電感測元件22沿著第一方向X延伸，並且複數個第一靜電感測元件22相互平行間隔設置於基底10的第一表面12。所述複數個第二靜電感測元件24沿著第二方向Y延伸，並且複數個第二靜電感測元件24相互平行且間隔設置於所述複數個第一靜電感測元件22。相鄰兩個第一靜電感測元件22之間的距離及相鄰兩個第二靜電感測元件24之間的距離均取決於解析度的選擇，可以在2毫米至2厘米範圍內。
所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24為具有單晶結構的一維半導體奈米線狀結構，其直徑小於100奈米。當帶有靜電的物體靠近上述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24時，該複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24的電阻產生變化，從而可以提供一個電阻變化的訊號。
所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24為具有單晶結構的一維半導體奈米線狀結構，其直徑小於100奈米。所謂一維半導體奈米線狀結構指的係具有較大長徑比的線狀半導體結構，其直徑在奈米級，並且具有宏觀的長度使得長徑比可以大於1000：1。該複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24可以為一根超長的單壁或少壁奈米碳管，如直徑小於5奈米，長度大於1厘米的單壁或少壁奈米碳管。該複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24還可以係一條半導體性的石墨烯窄帶，該半導體石墨烯窄帶的寬度小於10奈米，厚度小於5奈米，長度大於1厘米。該複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24還可以係一根矽奈米線，該矽奈米線的直徑小於5奈米，長度大於1厘米，具有半導體性。
所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24為一維材料，當一個帶靜電的物體靠近該一維材料時，該帶靜電的物體產生的電場很容易影響到所述一維材料，導致該一維材料的費米面移動，電導率發生顯著變化，從而使得該帶靜電的物體可以被一維材料感測到。所述一維材料對靜電靈敏的回應係源於它的兩個特點：
一、一維材料對電場幾乎無法構成遮罩，可以被外界電場完全地調控，而對三維導體材料來說，外加電場會因為其表面的遮罩而較難影響到其內部；
二、由於量子限域效應，一維材料的電子態密度會出現很多奇點，當費米面在奇點附近移動時，電子態密度會發生劇烈變化，電子態密度的劇烈變化會導致一維材料電導率的顯著變化。
因此，可以通過靜電來調製一維材料的費米面在奇點附近移動，使得一維材料的電導率發生顯著變化，從而應用於帶靜電物體的感測。因此，為了實現感測靜電的功能，所述一維材料的費米面距奇點的距離應該在一個特定的範圍內。
以手性指數為（10,4）的奈米碳管為例，如圖2，可以看到該奈米碳管的態密度分佈曲線具有很多奇點，在奇點處態密度取極大。奇點的分佈係相對能量零點對稱的，在未進行任何摻雜的理想狀態下，費米能級落在0eV處。上述性質係所有一維材料共有的特徵。如前面所提到的，使一維材料對靜電有靈敏的回應須使“費米面在奇點附近移動”，即須使費米能級抬高或者降低至離0eV最近的奇點附近。參照圖3，在實際情況下，由於熱激發、表面吸附及與周圍環境的相互作用，一維材料的奇點會被展寬成一個半高寬為L的峰，而且往往峰之間會交疊以至於峰位被埋沒，但離0eV最近的奇點峰上升沿總係存在的。為了使一維材料對靜電具有靈敏的回應，需要將費米面固定在距離奇點小於L/2處。在實際應用中，通過自然摻雜、人工摻雜等使一維材料費米面距離態密度奇點的距離在30~100meV內即可實現對靜電具有靈敏的回應。
自然製備的奈米碳管樣品暴露在空氣中，由於吸附氧會形成p型摻雜，費米面距離態密度奇點的距離落在30~100meV內，優選地，費米面距離態密度奇點的距離落在60~100meV內，從而自然製備的奈米碳管對靜電有靈敏的回應。石墨烯窄帶、半導體奈米線（例如矽奈米線）也會吸附氧而形成p型摻雜，可以理解，也可以用摻雜劑來調整它們的摻雜程度以符合費米面距離態密度奇點的距離在30~300meV內的要求。
當帶靜電的物體靠近所述一維材料，調製其費米能級，會推動其費米能級位置的移動，對應的態密度也就變化了，電導率隨之改變。故當考慮這一過程的靈敏度時，需要關注兩點：
一、靜電體對所述一維材料費米能級的調製效率；
二、態密度隨費米能級移動的變化率。
對於第一點，它受一維材料的襯底、表面吸附等環境因素的強烈影響，從理論上定量確定係不可能的，我們只能從實驗測量獲得。以奈米碳管在二氧化矽襯底上為例，二氧化矽基底的樣品中，測量得到的調製效率為4×10-5 。第二點係對一維材料的性質的要求，也就係要求一維材料電導率變化對費米面位置移動的陡率的絕對值約大於10-1 ，或者大於10-3 ，這樣靜電體靠近所述一維材料，能引起不小於10%的電導變化，有利於信號檢測。
使用直徑分佈在2-3nm的單壁或少壁奈米碳管做實驗材料時，1000V（人手一般自然帶電百伏到千伏，當人體與塑膠、毛髮摩擦後，則帶電千伏以上）的靜電體在靠近奈米碳管0.5cm處，測得奈米碳管的電導減少一半，~1/2。調製效率取4×10-5 ，則~40meV。奈米碳管能隙~150meV。從而實驗中奈米碳管電導率 變化對費米面位置 移動的陡率絕對值約為2。由於一維材料的電子態密度會出現奇點，奇點附近態密度變化劇烈，從而電導率變化也劇烈。在石墨烯窄帶、半導體奈米線等一維材料中，也都能滿足費米面位置移動導致的電導率變化陡率大於10-3 的要求。如果要實現定性的感測帶靜電物體係否存在，需要滿足費米面位置移動導致的電導率變化陡率大於10-3 ；如果要定量感測靜電量或者感測帶靜電物體的位置，需要提高靈敏度，則需要滿足費米面位置移動導致的電導率變化陡率大於10-1 。
所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24可以通過絕緣膠黏劑黏附在所述基底10的第一表面12。並且所述複數個第一靜電感測元件22與所述複數個第二靜電感測元件24的絕緣方式不限，可以在所述複數個第一靜電感測元件22表面設置絕緣層後，再與所述複數個第二靜電感測元件24交叉設置。也可以在所述複數個第一靜電感測元件22與所述複數個第二靜電感測元件24交叉的部分設置絕緣層，以便使複數個第一靜電感測元件22與所述複數個第二靜電感測元件24相互絕緣。本實施例中，通過在所述複數個第一靜電感測元件22與所述複數個第二靜電感測元件24交叉的位置設置絕緣層實現電絕緣。本實施例中，所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24均由一根超長的單壁或少壁奈米碳管組成，所述少壁奈米碳管係指奈米碳管的管壁層數為2層至6層，優選地，所述少壁奈米碳管的管壁層數為2層至3層。所述懸停感測模組20之所以可以感測靜電，這係因為，所述單根單壁或少壁奈米碳管係准一維結構，該准一維結構的直徑越小，態密度越大，遮罩效應越小，感測靜電的靈敏度越高，即感測待測物體的位置座標的靈敏度越高。所述單壁或少壁奈米碳管的直徑小於5奈米，優選地，所述單壁或少壁奈米碳管的直徑為2奈米至5奈米。所述超長的單壁或少壁奈米碳管係指所述單壁或少壁奈米碳管的長度大於1厘米。本實施例中，所述單壁或少壁奈米碳管的長度為2厘米，直徑為2奈米。所述單壁或少壁奈米碳管可以通過“放風箏法”製備，可以參見TW201339087。
所述複數個第一電極220和複數個第二電極240的材料不限，只要係導電材料均可，例如，金、銀、銅、鈀或者氧化銦錫（ITO）。所述複數個第一電極220和複數個第二電極240的形狀不限，可採用先前觸摸屏的電極形狀。本實施例中，所述第一電極220和第二電極240的材料為ITO。
所述觸摸感測模組30由一透明感測電極和第三電極組成，且該透明感測電極和第三電極設置於基底10的第二表面14。該透明感測電極的材料不限且該透明感測電極可以為一透明導電層，該透明導電層只要係能夠用於觸摸屏的透明導電層均可，具體地，所述透明導電層可以為奈米碳管層、ITO（氧化銦錫）導電層、TAO（氧化錫銻）導電層等中的任意一種。
所述奈米碳管層由複數個奈米碳管組成，該奈米碳管層中大多數奈米碳管的延伸方向基本平行於該奈米碳管層的表面。所述奈米碳管層可以為水準奈米碳管陣列。所述奈米碳管層的厚度不限，可以根據需要選擇；所述奈米碳管層的厚度為0.5奈米~100微米；優選地，該奈米碳管層的厚度為100奈米~200奈米。由於所述奈米碳管層中的奈米碳管均勻分佈且具有很好的柔韌性，使得該奈米碳管層具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不易破裂。
所述奈米碳管層中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管的長度大於50微米。優選地，該奈米碳管為雙壁或多壁奈米碳管，奈米碳管的長度優選為200微米~900微米。
所述奈米碳管層中的奈米碳管無序或有序排列。所謂無序排列係指奈米碳管的排列方向無規則。所謂有序排列係指奈米碳管的排列方向有規則。具體地，當奈米碳管層包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管相互纏繞或者各向同性排列；當奈米碳管層包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一個方向或者複數個方向擇優取向排列。所謂“擇優取向”係指所述奈米碳管層中的大多數奈米碳管在一個方向或幾個方向上具有較大的取向幾率；即，該奈米碳管層中的大多數奈米碳管的軸向基本沿同一方向或幾個方向延伸。所述奈米碳管層之中的相鄰的奈米碳管之間具有間隙，從而在奈米碳管層中形成複數個間隙。
所述奈米碳管層包括至少一奈米碳管膜。當所述奈米碳管層包括複數個奈米碳管膜時，該奈米碳管膜可以基本平行無間隙共面設置或層疊設置。請參見圖5，所述奈米碳管膜係由複數個奈米碳管組成的自支撐結構。所述複數個奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。該奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述複數個奈米碳管係通過凡得瓦（Van Der Waals）力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於（或固定於）間隔設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。具體地，所述奈米碳管膜包括複數個連續且定向排列的奈米碳管。該複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，且沿同一方向擇優取向排列。
可以理解，通過將複數個奈米碳管膜平行且無間隙共面鋪設或/和層疊鋪設，可以製備不同面積與厚度的奈米碳管層。每個奈米碳管膜的厚度可為0.5奈米~100微米。當奈米碳管層包括複數個層疊設置的奈米碳管膜時，相鄰的奈米碳管膜中的奈米碳管的排列方向形成一夾角α，0˚≦α≦90˚。
所述奈米碳管膜可通過從奈米碳管陣列直接拉取獲得。具體地，首先於石英或晶圓或其他材質之基板上長出奈米碳管陣列，例如使用化學氣相沈積（Chemical Vapor Deposition，CVD）方法；接著，以拉伸技術將奈米碳管逐一從奈米碳管陣列中拉出而形成。這些奈米碳管藉由凡得瓦力而得以首尾相連，形成具一定方向性且大致平行排列的導電細長結構。所形成的奈米碳管膜會在拉伸的方向具最小的電阻抗，而在垂直於拉伸方向具最大的電阻抗，因而具備電阻抗異向性。
當所述奈米碳管膜作為透明導電層時，複數個第三電極設置在與奈米碳管延伸方向相垂直的所述奈米碳管膜相對的兩側邊。本實施例中，所述透明導電層僅為一層所述奈米碳管膜。
所述透明導電層可以採用一膠黏劑固定於所述基底10的第二表面14。所述膠黏劑可以選擇係透明的材料製備。該膠黏劑的材料為具有低熔點的熱塑膠或UV（Ultraviolet Rays）膠，如PVC或PMMA等。所述膠黏劑乾燥後形成一黏膠層，該黏膠層的厚度為1奈米~500微米，優選地，所述黏膠層的厚度為1微米~2微米。本實施例中，所述膠黏劑的材料為UV膠，厚度約為1.5微米。
所述第一電極220、第二電極240和第三電極的材料為金屬、導電漿料或ITO等其他導電材料，只要確保該第一電極220、第二電極240和第三電極能導電即可。所述第一電極220、第二電極240和第三電極可以通過蝕刻導電薄膜，如金屬薄膜或氧化銦錫薄膜製備，也可以通過絲網印刷法製備。
所述觸摸感測單元42通過導線與所述觸摸感測模組30電連接。具體地，所述觸摸感測單元42通過導線與所述複數個第三電極電連接，以使該觸摸感測單元42與所述觸摸感測模組30電連接。該觸摸感測單元42可以測量觸摸物件，例如手指或觸控筆，在按壓該觸摸感測模組30時產生的電容並輸出該電容訊號。所述導線係指導電線路。
所述懸停感測單元44包括一電路控制元件440和一電流測試元件442，且通過一導線與所述懸停感測模組20電連接。具體地，所述懸停感測單元44通過導線與所述複數個第一電極220和複數個第二電極240電連接，以使該懸停感測單元44與所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24電連接。所述懸停感測模組20根據所述第一靜電感測元件22和第二靜電感測元件24的電阻變化而感測所述待測物體的位置座標。所述懸停感測單元44可以向所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24施加直流電壓後測量該複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24的電流並輸出該電流訊號。具體地，所述電路控制元件440和電流測試元件442通過一導線電連接，該電路控制元件440向所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24施加直流電壓，該電流測試元件442測量所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24的電流而得知所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24的電阻變化。也即，所述懸停感測模組20感測每一個第一靜電感測元件22及每一個第二靜電感測元件24的電流值，通過複數個第一靜電感測元件22及複數個第二靜電感測元件24電流值的分佈，判斷所述待測物體的位置。所述待測物體靠近所述懸停感測模組20遠離基底10的表面，且與所述懸停感測模組20遠離基底10的表面之間的距離為0.5厘米至1厘米時，所述懸停感測模組20可以感測該待測物體的位置座標。
所述切換控制單元46包括一控制器460、一第一開關462和一第二開關464。該第一開關462可以將所述懸停感測模組20耦合到懸停感測單元44，該第二開關464可以將觸摸感測模組30耦合到觸摸感測單元42。具體地，在懸停模式下，所述第一開關462將懸停感測模組20耦合到懸停感測單元44以處理懸停訊號；在觸摸模式下，所述第二開關464將觸摸感測模組30耦合到觸摸感測單元42以處理觸摸訊號。所述控制器460根據合適的控制方案來控制所述開關，例如，所述控制器460可以回應於計時器而在觸摸模式和懸停模式之間進行切換，當計時器達到預設值時進行切換，而且，所述計時器可以被復位，以進入下一次切換。或者所述控制器460可以回應於諸如來自用戶的手動輸入或當發生特定條件時來自設備的邏輯輸入之類的輸入，以便在觸摸模式和懸停模式之間進行切換。
進一步，所述觸摸和懸停感測裝置100還可以包括一第一保護層（圖未示）覆蓋於所述複數個第一靜電感測元件22、複數個第二靜電感測元件24、複數個第一電極220和複數個第二電極240，從而對所述懸停感測模組20進行保護；及包括一第二保護層（圖未示）覆蓋所述透明導電層及第三電極，從而對所述觸摸感測模組30進行保護。所述第一保護層和第二保護層選用傳統透明絕緣材質，例如聚乙烯（Polyethylene，PE）、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚對苯二甲酸二乙酯（Polyethylene Terephthalate，PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（PolyMethyl MethAcrylate，PMMA）或薄化之玻璃等。
所述觸摸和懸停感測裝置100在使用時，所述基底10的第一表面12靠近待測物體，也就係說，所述懸停感測模組20靠近使用者或待測物體，而所述觸摸感測模組30遠離使用者或待測物體。當該觸摸和懸停感測裝置100與一顯示器結合時，所述觸摸感測模組30位於顯示器與懸停感測模組20之間，即仍然係使用者靠近懸停感測模組20。
觸摸和懸停感測裝置100處在觸摸模式下時，當一觸摸物件，例如人手或觸控筆等，直接接觸或按壓觸摸和懸停感測裝置100的第一保護層時，觸摸物件在觸摸和懸停感測裝置100產生的一個或複數個不同的觸摸點，由於由單壁或多壁奈米碳管形成的懸停感測模組20和基底10均係柔性的，進而相應地在所述觸摸感測模組30產生一個或複數個不同的觸摸點，使觸摸感測模組30的電容發生改變。該電容的變化值被觸摸感測單元42感測並處理成觸摸訊號輸出，從而確定所述觸摸點的X座標和Y座標，即確定所述觸摸點的位置。
觸摸和懸停感測裝置100處在懸停模式下時，當一懸停物件，例如人手或觸控筆等，靠近該觸摸和懸停感測裝置100的第一保護層並且未直接接觸該觸摸和懸停感測裝置100的第一保護層時，由於所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24為單壁或多壁奈米碳管，所述單壁或多壁奈米碳管的帶隙結構受到所述懸停物件的影響，使得所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24的電流發生變化。所述懸停物件至所述複數個第一靜電感測元件22之間的距離與複數個第一靜電感測元件22的電流變化值有關，所述懸停物件至複數個第一靜電感測元件22之間的距離越小，複數個第一靜電感測元件22的電流變化值越大。所述懸停物件至所述複數個第二靜電感測元件24之間的距離與複數個第二靜電感測元件24的電流變化值有關，所述懸停物件至複數個第二靜電感測元件24之間的距離越小，複數個第二靜電感測元件24的電流變化值越大。也就係說，由於懸停物件距離每一第一靜電感測元件22的距離不同，因此每一第一靜電感測元件22的電流的變化也係不同，通常，最靠近懸停物件的第一靜電感測元件22的電流變化係最大。同樣，最靠近懸停物件的第二靜電感測元件24的電流變化係最大，這個電流的變化值可以通過所述電流測試元件442測量出來，並作為輸出訊號輸出。
具體地，將該複數個第一靜電感測元件22按排列順序依次順序編號，當有m個第一靜電感測元件22在基底10的第一表面12設置時，由X1，X2，…，Xm表示第1個第一靜電感測元件22至第m個第一靜電感測元件22，其中m為正整數，即具有相鄰編號的第一靜電感測元件22的實際位置相鄰。該複數個第一靜電感測元件22通過導線分別與所述懸停感測單元44電連接，進而實現施加直流電壓給該複數個第一靜電感測元件22，及測量每個第一靜電感測元件22的電流。
將該複數個第二靜電感測元件24按排列順序依次順序編號，當有n個第二靜電感測元件24在基底10的第一表面12設置時，由Y1，Y2，…，Ym表示第1個第二靜電感測元件24至第n個第二靜電感測元件24，其中n為正整數，即具有相鄰編號的第二靜電感測元件24的實際位置相鄰。該複數個第二靜電感測元件24通過導線分別與所述懸停感測單元44電連接，進而實現施加直流電壓給該複數個第二靜電感測元件24，及測量每個第二靜電感測元件24的電流。
所述電路控制元件440同時給每一第一靜電感測元件22和每一第二靜電感測元件24施加直流電壓，當一懸停對象靠近該觸摸和懸停感測裝置100的基底10的第一表面12時，所述單壁或多壁奈米碳管的帶隙結構受到所述懸停物件的影響，使得所述複數個第一靜電感測元件22和複數個第二靜電感測元件24的電流發生變化。所述電流測試元件442可以分別測出沿著第二方向Y和第一方向X的不同的第一靜電感測元件22和第二靜電感測元件24的電流變化。對應所述複數個第一靜電感測元件22的編號，定義複數個第一靜電感測元件22對應的電流變化值為RXm，就可以得到RX1，RX2，RX3，…，RXm共m個電流變化值。對應所述第二靜電感測元件24的編號，定義所述第二靜電感測元件24對應的電流變化值為RYn，就可以得到RY1，RY2，RY3，…，RYn共n個電流變化值。最靠近懸停物件的第一靜電感測元件22的電流變化值最大，因此可以根據複數個第一靜電感測元件22中最大的電流變化值確定懸停物件至哪條第一靜電感測元件22的距離最小，從而確定懸停對象在基底10表面上方在第二方向Y上的位置。同樣，最靠近懸停物件的第二靜電感測元件24的電流變化值最大，因此可以根據複數個第二靜電感測元件24中最大的電流變化值確定懸停物件至哪條第二靜電感測元件24的距離最小，從而確定懸停對象在基底10第一表面12上方在第一方向X上的位置。如此，本實施例中的觸摸和懸停感測裝置100可以感測到在基底10第一表面12上方的懸停對象在基底10所在平面上X，Y方向的位置，從而可以確定懸停物件在基底10第一表面12所在平面的位置座標。該位置座標確定以後就可以實現通過位置座標來控制包含有該觸摸和懸停感測裝置100的電子器件的功能。
所述觸摸和懸停感測裝置100可以識別手勢或觸控筆的移動等，也即，可以利用懸停物件的移動，例如手勢或觸控筆的移動等，實現指令的傳送從而實現對觸摸和懸停感測裝置100的操作，進一步實現對各種包含有該觸摸和懸停感測裝置100的電子器件的操作，比如顯示設備、開關等。進一步，可以根據驅動方式及計算方法的調整，實現多點觸摸控制和多點懸停控制，通過分析訊號的強弱，還可以對Z方向有一定的辨識能力。
請參見圖6，本發明第二實施例提供一種觸摸和懸停感測裝置200，該觸摸和懸停感測裝置200與第一實施例中觸摸和懸停感測裝置100的區別係：第一實施例中，每一個第一靜電感測元件22相對的兩端分別設置一第一電極220並與該第一電極220電連接，每一個第二靜電感測元件24相對的兩端分別設置一第二電極240並與該第二電極240電連接。第二實施例中，每一個第一靜電感測元件22具有相對的第一端和第二端，所述第一端與一個第一電極220電連接，所述複數個第一靜電感測元件22的第二端共同與一個第一電極220電連接，每一個第二靜電感測元件24具有相對的第三端和第四端，所述第三端與一個第二電極240電連接，所述複數個第二靜電感測元件24的第四端共同與一個第一電極220電連接。第二實施例的觸摸和懸停感測裝置200與第一實施例的觸摸和懸停感測裝置100相比，在製備方法上，前者較為簡單易操作。
本發明提供的觸摸和懸停感測裝置具有以下優點：可以感測位於觸摸和懸停感測裝置上方但未直接接觸該觸摸和懸停感測裝置的懸停物件的位置及移動，也可以感測直接按壓該觸摸和懸停感測裝置的觸摸物件的位置及移動。進一步可以使手等工具靠近觸摸和懸停感測裝置但未直接接觸觸摸和懸停感測裝置及直接按壓所述觸摸和懸停感測裝置，即可實現對設置於觸摸和懸停感測裝置上的電子產品的操作。即，通過直流訊號和交流訊號，可以區分懸停和觸摸這兩類動作，實現同一套系統對這兩類動作的獨立感測。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100，200‧‧‧觸摸和懸停感測裝置
10‧‧‧基底
12‧‧‧第一表面
14‧‧‧第二表面
20‧‧‧懸停感測模組
22‧‧‧第一靜電感測元件
220‧‧‧第一電極
24‧‧‧第二靜電感測元件
240‧‧‧第二電極
30‧‧‧觸摸感測模組
40‧‧‧觸摸和懸停控制系統
42‧‧‧觸摸感測單元
44‧‧‧懸停感測單元
440‧‧‧電路控制元件
442‧‧‧電流測試元件
46‧‧‧切換控制單元
460‧‧‧控制器
462‧‧‧第一開關
464‧‧‧第二開關
無
100‧‧‧觸摸和懸停感測裝置
10‧‧‧基底
12‧‧‧第一表面
14‧‧‧第二表面
20‧‧‧懸停感測模組
30‧‧‧觸摸感測模組
40‧‧‧觸摸和懸停控制系統
42‧‧‧觸摸感測單元
44‧‧‧懸停感測單元
440‧‧‧電路控制元件
442‧‧‧電流測試元件
46‧‧‧切換控制單元
460‧‧‧控制器
462‧‧‧第一開關
464‧‧‧第二開關

Claims (10)

  1. 一種觸摸和懸停感測裝置，包括：
    一絕緣基板，該絕緣基板具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近一待測物體；
    一懸停感測模組，該懸停感測模組設置於所述絕緣基板的第一表面，該懸停感測模組包括：複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件相互絕緣設置，該複數個第一靜電感測元件沿一第一方向延伸且相互間隔設置，該複數個第二靜電感測元件沿一第二方向延伸且相互間隔設置，每一第一靜電感測元件的兩端分別電連接一個第一電極，每一第二靜電感測元件的兩端分別電連接一個第二電極，每一第一靜電感測元件和每一第二靜電感測元件均為一根單壁或少壁奈米碳管，所述複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件在帶靜電的待測物體靠近時會產生電阻變化；
    一觸摸感測模組，該觸摸感測模組設置於所述絕緣基板的第二表面；
    所述懸停感測模組和觸摸感測模組分別通過導電線路連接一控制晶片，該控制晶片控制所述懸停感測模組和觸摸感測模組分別或同時工作，感測所述待測物體的位置座標。
  2. 如請求項1所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，所述少壁奈米碳管係指奈米碳管的管壁層數為2層至3層。
  3. 如請求項1所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，任意兩個相鄰的第一靜電感測元件之間的距離和任意兩個相鄰第二靜電感測元件之間的距離相等，該距離為2毫米至2厘米。
  4. 如請求項1所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，所述觸摸感測模組包括一感測電極，該感測電極為一奈米碳管膜，該奈米碳管膜包括複數個奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。
  5. 如請求項1所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，所述懸停感測模組感測每一個第一靜電感測元件及每一個第二靜電感測元件的電流值，通過複數個第一靜電感測元件及複數個第二靜電感測元件電流值的分佈，判斷所述待測物體的位置。
  6. 如請求項1所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，所述單壁或少壁奈米碳管的直徑小於5奈米，長度大於1厘米。
  7. 如請求項1所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，所述第一方向和第二方向相互垂直。
  8. 如請求項1所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，所述複數個第一靜電感測元件相互平行，所述複數個第二靜電感測元件相互平行。
  9. 一種觸摸和懸停感測裝置，包括一電容式觸摸屏，該電容式觸摸屏具有一觸控表面，一懸停感測模組絕緣設置在該觸控表面上，該懸停感測模組包括：複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件相互絕緣設置，該複數個第一靜電感測元件沿一第一方向延伸且相互間隔設置，該複數個第二靜電感測元件沿一第二方向延伸且相互間隔設置，每一第一靜電感測元件的兩端分別電連接一個第一電極，每一第二靜電感測元件的兩端分別電連接一個第二電極，每一第一靜電感測元件和每一第二靜電感測元件均為一根單壁或少壁奈米碳管，所述複數個第一靜電感測元件和複數個第二靜電感測元件在帶靜電的待測物體靠近時會產生電阻變化；所述懸停感測模組和電容式觸摸屏分別通過導電線路連接一控制晶片，該控制晶片控制所述懸停感測模組和電容式觸摸屏分別或同時工作，感測所述待測物體的位置座標。
  10. 如請求項9所述的觸摸和懸停感測裝置，其中，所述懸停感測模組感測每一個第一靜電感測元件及每一個第二靜電感測元件的電流值，通過複數個第一靜電感測元件及複數個第二靜電感測元件電流值的分佈，判斷所述待測物體的位置。
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