TWI593991B - 靜電感測方法 - Google Patents

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Description

靜電感測方法
本發明涉及一種電子感測器，尤其涉及一種靜電感測器感測靜電的方法。
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，於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。
某些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於面板上的位置，從而可以控制電子設備來實現操作。
然而，先前技術中，尚且沒有一種通過靜電影響靜電感測器的感測器件的電阻來實現不接觸控制的靜電感測器，以及通過感測靜電來實現不接觸控制的靜電感測方法。
有鑒於此，提供一種通過靜電影響靜電感測器的感測器件的電阻來實現不接觸控制的靜電感測方法，靜電感測帶靜電物體位置的方法，靜電感測帶靜電物體移動的方法，實為必要。
一種靜電感測方法，其包括以下步驟：提供一靜電感測器，其包括一個傳感單元和一個控制單元，所述傳感單元包括至少一個第一傳感元件，以及至少兩個第一電極設置於所述至少一個第一傳感元件的兩端並與該至少一個第一傳感元件電連接，所述至少 一個第一傳感元件為一維半導體奈米結構，當帶靜電的物體靠近該至少一個第一傳感元件時該至少一個第一傳感元件的電阻產生變化；使帶靜電的物體靠近所述傳感單元，通過所述控制單元向所述至少一個第一感測器施加電壓，並測量由於帶靜電的物體靠近所導致的該至少一個第一傳感元件的電阻變化。
一種靜電感測帶靜電物體位置的方法，包括以下步驟：提供一靜電感測器，包括一個傳感單元和一個控制單元的一維半導體奈米結構，所述傳感單元包括一基底，複數個第一傳感元件相互平行且間隔地設置於所述基底的表面，每一第一傳感元件兩端分別設置一第一電極與該第一傳感元件電連接，以及複數個第二傳感元件相互平行且間隔地設置於所述基底表面，並與所述複數個第一傳感元件相互絕緣垂直交叉設置，每一第二傳感元件的兩端分別設置一第二電極並與該第二傳感元件電連接，所述每個第一傳感元件和每個所述第二傳感元件均為一維半導體奈米結構，當帶有靜電的物體靠近該複數個第一傳感元件及複數個第二傳感元件時，該複數個第一傳感元件及複數個第二傳感元件的電阻產生變化；使所述帶靜電物體靠近所述靜電感測器；通過所述控制單元給所述複數個第一傳感元件施加電壓，並測量每個第一傳感元件的電阻變化，並確定電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置；通過所述控制單元給所述複數個第二傳感元件施加電壓，並測量每個第二傳感元件的電阻變化，並確定電阻變化最大的第二傳感元件垂直於所述複數個第二傳感元件方向上的位置。
一種靜電感測帶靜電物體移動的方法，包括以下步驟：提供一靜電感測器，包括一個傳感單元和一個控制單元，所述傳感單元包括一基底，複數個第一傳感元件相互平行且間隔地設置於所述基底的表面，每一第一傳感元件兩端分別設置一第一電極與該第一傳感元件電連接，當帶有靜電的物體靠近該複數個第一傳感元件時，該複數個第一傳感元件的電阻產生變化； 使帶靜電物體靠近所述靜電感測器，並沿著與所述複數個第一傳感元件交叉的方向移動所述帶靜電物體；通過所述控制單元給所述複數個第一傳感元件施加電壓，並測量每個第一傳感元件的電阻變化，並確定第一個電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置，以及最後一個電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置；以及通過上述第一個電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置，以及最後一個電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置來判斷所述帶靜電物體的移動方向。
與先前技術相比較，本發明所述靜電感測器的感測方法，由於所述第一傳感元件和所述第二傳感元件為單壁半導體性奈米碳管，可通過帶有靜電的物體靠近引起第一傳感元件及第二傳感元件的電阻產生變化產生的信號來感測帶有靜電的物體的位置，更容易操作，方法簡單，無需複雜的計算。
100，200，300，400，500‧‧‧靜電感測器
10，20，30，40，50‧‧‧傳感單元
14‧‧‧基底
60‧‧‧控制單元
62‧‧‧電路控制模組
64‧‧‧電阻測試模組
66‧‧‧開關
80‧‧‧絕緣保護層
120‧‧‧第三電極
122‧‧‧第一電極
124‧‧‧第一傳感元件
160‧‧‧第四電極
162‧‧‧第二電極
164‧‧‧第二傳感元件
圖1為本發明第一實施例提供的靜電感測器結構的俯視示意圖。
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靜電感測器結構的側視示意圖。
圖5為本發明第二實施例提供的靜電感測器結構示意圖。
圖6為本發明第三實施例提供的靜電感測器結構示意圖。
圖7為本發明第四實施例提供的靜電感測器結構示意圖。
圖8為本發明第五實施例提供的靜電感測器結構示意圖。
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。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種靜電感測器100，其包括一傳感單元10和一控制單元60。所述傳感單元10包括一個基底14、一個第一傳感元件124、兩個第一電極122。所述第一傳感元件124和所述兩個第一電極122設置於所述基底14的表面。所述兩個第一電極122間隔設置於所述第一傳感元件124的兩端，並與該第一傳感元件124電連接。所述控制單元60包括一個電路控制模組62以及一個電阻測試模組64，通過導線與所述第一傳感元件124兩端的兩個第一電極122電連接。所述控制單元60可以向所述第一傳感元件124施加電壓，並測量該第一傳感元件124的電阻。
所述基底14為絕緣材料製成。於與顯示器結合使用並設置於顯示器表面時，該基底14為透明的薄膜或薄板。於其他不需要透明的電子器件中使用時，該基底14可以為不透明的薄膜或者薄板。根據需要，該基底14的材料可以為玻璃、石英、二氧化矽、金剛石等硬性材料。所述基底14主要起支撐的作用。當用於特殊的柔性電子器件時，該基底14的材料也可為塑膠或樹脂等柔性材料。具體地，該基底14所用的材料選擇為聚碳酸酯(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，以及聚醚碸(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14的厚度為1毫米~1厘米。該基底14的面積，形狀不限，可以根據實際需要選擇。如做開關，該基底14可以很小，如果用於大型的顯示裝置，該基底14可以很大。本實施例中，該基底14的材料為2壓米乘2厘米的二氧化矽片，厚度為2毫米。該基底14可以係水準基底，也可以係彎曲基底。當該基底14為彎曲基底時，該基底14的表面為曲面。由於所述基底14主要起到支撐作用，可以理解，為了實現該靜電感測器100的功能，該基底14為可選結構，也可以直接於所述第一傳感元件124的兩端分別設置第一電極122，並將其懸空設置，同樣可以實現該靜電感測器100的功能。
所述第一傳感元件124可以通過任何方式固定於所述基底14的表面，只要保證上述第一傳感元件124牢固設置於基底14表面即可。本實施例中，所述第一傳感元件124通過絕緣膠黏附於所述基底14的表面。所述第一傳感元件124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第一傳感元件124時，該第一傳感元件124的電阻產生變化，從而可以提供一個電阻變化的信號。
所述第一傳感元件124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，其直徑為奈米級，並且具有宏觀的長度使得長徑比可以大於1000：1。該第一傳感元件124可以為一根超長的單壁半導體奈米碳管，如直徑小於5奈米，長度大於1厘米的單壁半導體奈米碳管。該第一傳感元件124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。該第一傳感元件124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。本實施例中，該第一傳感元件124為一根單壁半導體奈米碳管，長度為2厘米，直徑為2奈米。
可以理解，本實例的所述傳感單元10可以包括複數個第一傳感元件124間隔設置於所述基底14，所述複數個第一傳感元件124的兩端分別與所述兩個第一電極122電連接。
所述第一傳感元件124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，當費米面於奇點附近移動時，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於奇點附近移動，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於一個特定的範圍內。
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，於奇點處態密度取極大。奇點的分佈係相對能量零點對稱的，未進行任何摻雜的理想狀態下，費米能級落於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“費米面於奇點附近移動”，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，實際情況下，由於熱激發、表面吸附以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，需要將費米面固定於距離奇點小於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於30~300meV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於空氣中，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於30~300meV內，優選地落於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於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。以二氧化矽為例，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σ變化對費米面位置E F 移動的陡率(d σ/dE F )/(σ/E F )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。
使用直徑分佈於2-3nm的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)的靜電體於靠近奈米碳管0.5cm處，被測量奈米碳管的電導減少一半，d σ/σ~1/2。調製效率取4×10-5，則dE F ~40meV。奈米碳管能隙E F ~150meV。從而實驗中奈米碳管電導率σ變化對費米面位置E F 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。石墨烯窄帶、半導體奈米線等一維材料，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或者大於10-1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。如果要定量地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。
所述兩個第一電極122間隔設置於所述基底14的表面，位於所述第一傳感元件124的兩端，並分別與所述第一傳感元件124電連接。所述第一電極122的材料不限，只要係導電材料均可。可以理解，所述第一電極122體形狀不限，可採用先前觸摸屏的電極形狀。該第一電極122的材料可以為金、銀、銅或鈀。該第一電極122的材料還可為氧化銦錫(ITO)。本實施例中，所述第一電極122的材料為ITO。
所述控制單元60具有給所述第一傳感元件124施加電壓，並測量所述第一傳感元件124的電阻的功能。只需給所述第一傳感元件124施加電壓，並測量給第一傳感元件124的電阻就可以。本實施例中，所述控制單元60包括一個電路控制模組62、一個電阻測試模組64以及一個開關66，通過導線與所述兩個第一電極122電連接。
本發明第一實施例的靜電感測器100的靜電感測方法，包括下面的步驟：S1，提供上述靜電感測器100；S2，使帶靜電的物體靠近所述靜電感測器100的第一傳感元件124；以及S3，通過所述控制單元60向所述第一傳感元件124施加電壓，並測量由於帶靜電的物體靠近所導致的所述第一傳感元件124的電阻的變化。
步驟S1中所述靜電感測器100可以做為開關或者單純的經典感測使用， 作為開關時，還可以和其他的電子元件一起使用，從而控制電路的開合。
步驟S2中的帶靜電的物體係指物體本身帶有靜電荷，從而可以產生靜電場，先前技術中任何帶有靜電荷的物體都可以看作係帶靜電的物體。本實施例中，以使用者的手指為例，上述帶靜電的物體為使用者的手指。由於上述第一傳感元件124為一維半導體奈米材料，當一個帶靜電的物體靠近該第一傳感元件124時，該帶靜電的物體產生的電場很容易影響到所述第一傳感元件124，導致該第一傳感元件124電導率發生顯著變化。
步驟S3中，所述開關66閉合，通過所述電路控制模組62可以給所述第一傳感元件124施加電壓，所述電阻測試模組64可以測量該第一傳感元件124的電阻。由於該第一傳感元件124為一維半導體奈米結構，當帶靜電的物體靠近該第一傳感元件124時，該一維半導體奈米結構的帶隙結構受到帶靜電的物體的影響，使得該第一傳感元件124的電阻發生變化，電阻的變化值和帶靜電的物體距離該第一傳感元件124的距離有關，距離越近，變化值越大。這個電阻的變化值可以通過所述電阻測試模組64測量出來，並作為輸出信號輸出，從而實現開關控制。
另外，本實施例中的靜電感測器100還可以感測帶靜電的物體到其第一傳感元件124的距離。由於帶靜電的物體靠近所述第一傳感元件124會引起該第一傳感元件124電阻的變化，並且該電阻的變化與所述帶靜電物體距離所述第一傳感元件124的距離有關，因此，可以根據所述第一傳感元件124的電阻變化來判斷所述帶靜電物體到第一傳感元件124的距離。在應用時，可以設定一個電阻變化閾值，當帶靜電的物體到所述第一傳感元件124的距離滿足該電阻變化閾值時，該靜電感測器100發出開啟信號，從而實現開關的功能。另外，上述電阻變化閾值可以用來控制雜訊的影響，比如外界的靜電干擾，只有當該第一傳感元件124的電阻變化達到該閾值時，該靜電感測器100才會發出信號，實現功能。
進一步地，當將複數個第一傳感元件124平行間隔排列於所述基底14表面時，還可以實現於一個方向上懸空定位，即可以通過該靜電感測器100確定帶靜電的物體於基底14上方的位置座標，這可以應用於類似觸摸屏的控制技術。於後面的實施例中，將詳細介紹。
請參見圖4，本發明第一實施例的靜電感測器100還可以進一步包括一 個個絕緣保護層80覆蓋於所述基底14表面的所述第一傳感元件124和所述第一電極122，從而對所述第一傳感元件124進行保護。絕緣保護層80可以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。
請參閱圖5，與第一實施例相比，本發明第二實施例的靜電感測器200的傳感單元20包括複數個第一傳感元件124相互平行且相互間隔設置於所述基底14的表面。每一個第一傳感元件124的兩端分別設置一個第一電極122與該第一傳感元件124電連接。
圖5中，於所述靜電感測器200的基底14表面，平行與所述基底14的表面的平面內定義了相互垂直的第一方向X和第二方向Y，以及一個第三方向Z垂直於所述第一方向X和第二方向Y確定的平面，也就係垂直於所述基底14的表面。所述複數個第一傳感元件124設置於該平面內。優選地，所述複數個第一傳感元件124等間隔設置，相鄰的第一傳感元件124之間的距離或者間隔取決於解析度的選擇，可以於2毫米至2厘米範圍內。優選地，上述間隔或者距離可以於5毫米至1.2厘米。所述複數個第一傳感元件124於基底14的表面沿所述第一方向X延伸且相互間隔排列。所述複數個第一傳感元件124按排列順序依次順序編號，當有m個第一傳感元件124於基底14的表面設置時，由X1，X2，…，Xm表示第1個第一傳感元件124至第m個第一傳感元件124，其中m為正整數，即具有相鄰編號的第一傳感元件124的實際位置相鄰。通過複數個開關66來控制，該複數個第一傳感元件124通過導線分別與所述控制單元60電連接，進而實現驅動施加電壓給該複數個第一傳感元件124，以及每個第一傳感元件124電阻的測量。可以理解，根據實際測量的需要，可以實現逐個掃描所述複數個第一傳感元件124，或者選擇性掃描所述複數個第一傳感元件124，也可以同時掃描所述複數個第一傳感元件124。
第二實施例中，所述靜電感測器200的控制單元60的電路控制模組62可以給每一第一傳感元件124施加電壓，所述電阻測試模組64可以測量每一第一傳感元件124的電阻。
第二實施例的靜電感測器200可以用來判斷懸停於該靜電感測器200的基底14表面上方的帶靜電的物體於該基底14表面坐標系內的位置座標，並將其輸出，起到懸停觸控的作用。當該靜電感測器200做懸停觸控時，可以和終端設備(如手機，電腦)連接，從而通過懸停觸控來實現對終端設備的控制。具體的，該靜電感測器200的靜電感測方法包括以下步驟：S1，提供一靜電感測器200；S2，使帶靜電物體靠近所述靜電感測器200；S3，通過所述控制單元60給所述複數個第一傳感元件124施加電壓，並測量每個第一傳感元件124的電阻變化，並確定電阻變化最大的第一傳感元件124於垂直於所述複數個第一傳感元件124方向上的位置。
步驟S3中，當帶有靜電的物體(如人手)靠近該靜電感測器200的基底14時，由於帶靜電的物體的靜電場的影響，該基底14表面的靠近該帶有靜電的物體的複數個第一傳感元件124的電阻值將會發生變化。所述電阻測試模組64可以測出沿著Y方向上的不同第一傳感元件124的電阻的變化。由於帶靜電的物體距離每個第一傳感元件124的距離係不同的，故每一個第一傳感元件124的電阻的變化也係不同的。通常，最靠近帶有靜電的物體的第一傳感元件124的電阻變化係最大的，對應所述第一傳感元件124的編號，定義所述第一傳感元件124對應的電阻變化值為RXm，就可以得到RX1，RX2，RX3，…，RXm共m個電阻變化值。可以根據上述m個電阻變化值來確定所述帶靜電的物體於所述基底14表面上方於所述第二方向Y上的位置，從而利用位置資訊來實現指令的傳送從而實現對電子器件的控制。還可以根據帶靜電的物體於Y方向上的移動來實現控制，如手勢控制。
可以理解，實際工作時，並不一定需要測量所有的第一傳感元件124的電阻，可以選擇複數個第一傳感元件124進行掃描和測量，來確定所述帶有靜電物體的位置。上述靠近該帶有靜電的物體的複數個第一傳感元件124可以通過控制單元60掃描確定。比如，當所述帶有靜電的物體停留於所述靜電感測器200的基底14表面上方時，距離該帶有靜電的物體的最近的第一傳感元件124的電阻變化最大，通過所述控制單元60可以選擇該帶有靜電的物體的最近的第一傳感元件124相鄰的若干個第一傳感元件124 掃描，並測量該若干個第一傳感元件124電阻的變化，從而獲得帶有靜電的物體的位置。
另外，可以理解，本發明實施例的靜電感測器200也可以測量該靜電感測器200複數個第一傳感元件124所在平面的上方的帶靜電的物體於所述第三方向Z的位置。由於帶靜電的物體靠近所述第一傳感元件124會引起該第一傳感元件124電阻的變化，並且該電阻的變化與所述帶靜電物體距離所述第一傳感元件124的距離有關，因此，可以根據所述第一傳感元件124的電阻變化來判斷所述帶靜電物體於第三方向Z的位置。在實際工作時，可以設定一個閾值，當帶有靜電的物體距離所述基底14的表面小於一個距離值時，該靜電感測器200就進入開啟模式，從而可以測量帶靜電的物體的位置。上述閾值可以避免外界電場雜訊的干擾，只有外界影響的電阻變化大於該閾值時，該靜電感測器200才會傳遞信號，並辨認帶靜電物體的位置。
本實施例中的靜電感測器200還可以實現手勢的識別，具體通過下面方法實現：S1，提供一靜電感測器200；S2，使帶靜電物體靠近所述靜電感測器200，並沿著與所述複數個第一傳感元件124交叉的方向移動所述帶靜電物體；S3，通過所述控制單元60給所述複數個第一傳感元件124施加電壓，並測量每個第一傳感元件124的電阻變化，並確定第一個電阻變化最大的第一傳感元件124於垂直於所述複數個第一傳感元件124方向上的位置，以及最後一個電阻變化最大的第一傳感元件124於垂直於所述複數個第一傳感元件124方向上的位置；以及S4，通過上述第一個電阻變化最大的第一傳感元件124於垂直於所述複數個第一傳感元件124方向上的位置，以及最後一個電阻變化最大的第一傳感元件124於垂直於所述複數個第一傳感元件124方向上的位置來判斷所述帶靜電物體的移動方向。
可以理解，本發明第二實施例中的靜電感測器200亦可以包括第一實施例中的靜電感測器100所包括的絕緣保護層80，覆蓋於所述基底14表面的複數個第一傳感元件124和複數個第一電極122，從而對該複數個第一傳 感元件124及第一電極122進行保護。
請參見圖6，本發明第三實施例提供一種靜電感測器300，其包括一傳感單元30和一控制單元60。該靜電感測器300結構與第二實施例中的靜電感測器200結構類似。本發明第三實施例的靜電感測器300的傳感單元30中的沿第一方向X排列的複數個第一傳感元件124與電極的連接關係與第二實施例的傳感單元20不同。
該靜電感測器300的傳感單元30包括一基底14，沿第一方向X延伸排列的複數個第一傳感元件124，以及複數個第一電極122和一個第三電極120。所述複數個第一傳感元件124等間隔設置。相鄰的第一傳感元件124之間的距離，或者間隔取決於解析度的選擇，可以於2毫米至2厘米範圍內。每一個第一傳感元件124的一端設置有一個第一電極122並與該第一傳感元件124電連接，該每一個第一傳感元件124的另一端均與所述第三電極120電連接。
所述第一傳感元件124、所述複數個第一電極122以及所述一個第三電極120均設置於所述基底14表面。設置方式不限，可以通過絕緣膠將其黏附於所述基底表面。所述第一電極122可以通過導電膠與所述第一傳感元件124的一端固定，並實現電連接。所述第三電極120也可以通過導電膠與所述第一傳感元件124的另一端固定，並實現電連接。所述第三電極120可以沿著所述第二方向Y延伸設置與所述基底14的表面。所述第三電極120的材料和所述第一電極122相同。
所述第三電極120，以及每一個第一傳感元件124一端的第一電極122均可以通過導線與該靜電感測器300的控制單元60電連接，從而使得該控制單元60可以通過其電路控制模組62分別向每一第一傳感元件124施加電壓，並通過電阻測試模組64測量所述每一個第一傳感元件124的電阻。與第二實施例的靜電感測器200相同，第三實施例中的靜電感測器300可以感測到於其基底14上方的帶靜電的物體於第二方向Y上的位置，並用於電子器件的控制。第三實施例，通過一個第三電極120取代了第二實施例中的複數個第一電極122，並實現了與第二實施例相同的功能，簡化了結構。
可以理解，第三實施例的靜電感測器300亦可以包括第一實施例中的 靜電感測器100所包括的絕緣保護層80，覆蓋於所述基底14表面的所述複數個第一傳感元件124、所述複數個第一電極122及所述一個第三電極120，從而對其進行保護。
請參閱圖7，本發明第四實施例提供一種靜電感測器400，其包括一傳感單元40和一控制單元60。所述控制單元60與所述傳感單元40電連接，用於控制所述傳感單元40感測靠近該傳感單元40的帶靜電的物體。
所述傳感單元40包括一基底14、複數個第一傳感元件124、複數個第二傳感元件164、複數個第一電極122以及複數個第二電極162。所述複數個第一傳感元件124、複數個第二傳感元件164、複數個第一電極122以及複數個第二電極162設置於所述基底14表面。在所述靜電感測器400的基底14表面，在平行與所述基底14的表面的平面內定義了相互垂直的第一方向X和第二方向Y，以及一個第三方向Z垂直於所述第一方向X和第二方向Y確定的平面，也就係垂直於所述基底14的表面。所述複數個第一傳感元件124沿著所述第一方向X延伸，並且相互平行間隔設置。所述複數個第二傳感元件164沿著所述第二方向Y延伸，並且相互平行間隔設置。優選地，所述複數個第一傳感元件124等間隔設置，所述複數個第二傳感元件164等間隔設置。所述複數個第一傳感元件124與所述複數個第二傳感元件164相互交叉並形成複數個格子。所述第一傳感元件124與所述第二傳感元件164的材料相同。複數個相互交叉的第一傳感元件124和第二傳感元件164確定的區域構成了感測區域，於這個區域的上方的帶靜電的物體可以被感測到。
所述複數個第一傳感元件124與所述複數個第二傳感元件164相互絕緣設置。所述複數個第一傳感元件124與所述複數個第二傳感元件164的絕緣方式不限，可以於所述複數個第一傳感元件124表面設置絕緣層後，再與所述第二傳感元件164交叉設置。也可以於所述第一傳感元件124與所述第二傳感元件164交叉的部分設置絕緣間隔層，將第一傳感元件124與所述第二傳感元件164相互絕緣。本實施例中，通過於所述第一傳感元件124與所述第二傳感元件164交叉的位置設置絕緣層實現電絕緣。
將該複數個第一傳感元件124按排列順序依次順序編號，當有m個第一傳感元件124於基底14的表面設置時，由X1，X2，…，Xm表示第1個 第一傳感元件124至第m個第一傳感元件124，其中m為正整數，即具有相鄰編號的第一傳感元件124的實際位置相鄰。該複數個第一傳感元件124通過導線分別與所述控制單元60電連接，每一個第一傳感元件124均由一個開關66控制，進而實現施加電壓給該複數個第一傳感元件124，以及每個第一傳感元件124電阻的測量。
將該複數個第二傳感元件164按排列順序依次順序編號，當有n個第二傳感元件164於基底14的表面設置時，由Y1，Y2，…，Yn表示第1個第二傳感元件164至第n個第二傳感元件164，其中n為正整數，即具有相鄰編號的第二傳感元件164的實際位置相鄰。該複數個第二傳感元件164通過導線分別與所述控制單元60電連接，每一個第二傳感元件164均由一個開關66控制，進而實現施加電壓給該複數個第二傳感元件164，以及每個第二傳感元件164電阻的測量。
每一第一傳感元件124的兩端均設置一個第一電極122與該第一傳感元件124電連接。每一第二傳感元件164的兩端均設置一個第二電極162與該第二傳感元件164電連接。該第二電極162和所述第一電極122的材料相同。
本實施例中的靜電感測器400由於包括沿兩個不同方向排列並交叉設置的複數個第一傳感元件124以及複數個第二傳感元件164，與第二實施例的靜電感測器200相比，本實施例的靜電感測器400可以感測於靜電感測器400基底14表面上方的帶靜電的物體於該基底14表面坐標系內的兩個方向的位置座標，並將其輸出，起到懸停觸控的作用。
具體的，該靜電感測器400的靜電感測方法包括以下步驟：S1，提供一靜電感測器400；S2，使所述帶靜電物體靠近所述靜電感測器400；S3，通過所述控制單元60給所述複數個第一傳感元件124施加電壓，並測量每個第一傳感元件124的電阻變化，並確定電阻變化最大的第一傳感元件124於垂直於所述複數個第一傳感元件124方向上的位置；以及S4，通過所述控制單元60給所述複數個第二傳感元件164施加電壓，並測量每個第二傳感元件164的電阻變化，並確定電阻變化最大的第二傳感元件164垂直於所述複數個第二傳感元件164方向上的位置。
本實施例中，所述靜電感測器400的控制單元60的電路控制模組62可以給每一第一傳感元件124施加電壓，所述電阻測試模組64可以測量每一第一傳感元件124的電阻，並由此來測量出靠近該靜電感測器400的基底14上方的帶靜電的物體的位置。可以理解上述施加電壓的方式可以有多種，可以同時給所述複數個第一傳感元件124施加電壓，也可以按照順序逐行掃描，先後給每一個第一傳感元件124施加電壓。當帶有靜電的物體(如人手)靠近該靜電感測器400的基底14時，由於帶靜電的物體的靜電場的影響，該基底14表面的第一傳感元件124的電阻值將會發生變化。步驟S3中，所述電阻測試模組64可以測出沿著第二方向Y上的不同第一傳感元件124的電阻的變化。由於帶靜電的物體距離每個第一傳感元件124的距離係不同的，距離越近電阻變化值越大，故每一個第一傳感元件124的電阻的變化也係不同的。對應所述第一傳感元件124的編號，定義所述第一傳感元件124對應的電阻變化值為RXm，就可以得到RX1，RX2，RX3，…，RXm共m個電阻變化值。由於相鄰的所述第一傳感元件124之間的距離係相等的，可以根據上述m個電阻變化值來確定所述帶靜電的物體於所述基底14表面上方於所述第二方向Y上的位置，從而利用位置資訊來實現指令的傳送從而實現對電子器件的控制。
所述靜電感測器400的控制單元60的電路控制模組62可以給每一第二傳感元件164施加電壓，所述電阻測試模組64可以測量每一第二傳感元件164的電阻。當帶有靜電的物體(如人手)靠近該靜電感測器400的基底14時，由於帶靜電的物體的靜電場的影響，該基底14表面的每一個第二傳感元件164的電阻值將會發生變化。步驟S4中，所述電阻測試模組64可以測出沿著第一方向X方向上的不同第二傳感元件164的電阻的變化。由於帶靜電的物體距離每個第二傳感元件164的距離係不同的，故每一個第二傳感元件164的電阻的變化也係不同的。對應所述第二傳感元件164的編號，定義所述第二傳感元件164對應的電阻變化值為RYn，就可以得到RY1，RY2，RY3，…，RYn共n個電阻變化值。由於相鄰的所述第二傳感元件164的距離係相等的，可以根據上述n個電阻變化值來確定所述帶靜電的物體於所述基底14表面上方於所述第一方向X上的位置，從而利用位置資訊來實現指令的傳送從而實現對電子器件的控制。
相對於第二、三實施例，本實施例的靜電感測器400可以感測到於基底14表面上方帶靜電的物體於基底14所於平面的位置於X，Y方向的位置，從而可以確定帶靜電的物體於基底14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電子器件的功能。
另外，可以理解，本發明實施例的靜電感測器400也可以測量該靜電感測器400複數個第一傳感元件124所在平面的上方的帶靜電的物體於所述第三方向Z的位置。由於帶靜電的物體靠近所述第一傳感元件124會引起該第一傳感元件124電阻的變化，並且該電阻的變化與所述帶靜電物體距離所述第一傳感元件124的距離有關，因此，可以根據所述第一傳感元件124的電阻變化來判斷所述帶靜電物體於第三方向Z的位置。在實際工作時，可以設定一個閾值，當帶有靜電的物體距離所述基底14的表面小於一個距離值時，該靜電感測器400就進入開啟模式，從而可以測量帶靜電的物體的位置。
可以理解，本實施例的靜電感測器400亦可以包括第一實施例中的靜電感測器100所包括的絕緣保護層80，覆蓋於所述基底14表面的複數個第一傳感元件124、複數個第二傳感元件164、複數個第一電極122以及複數個第二電極162，從而對該複數個第一傳感元件124以及複數個第二傳感元件164進行保護。
請參見圖8，本發明第五實施例提供一種靜電感測器500，其包括一傳感單元50和一控制單元60。該靜電感測器500結構與第四實施例中的靜電感測器400結構類似。本發明第五實施例的靜電感測器500的傳感單元50中的沿第一方向X排列的複數個第一傳感元件124、複數個第二傳感元件164與電極的連接關係，與第四實施例的傳感單元40不同。
該靜電感測器500的傳感單元50包括一基底14，沿第一方向X延伸排列的複數個第一傳感元件124，沿第二方向Y延伸排列的複數個第二傳感元件164，複數個第一電極122，複數個第二電極162，一個第三電極120和一個第四電極160。
所述複數個第一傳感元件124等間隔設置於所述基底14的表面。相鄰的第一傳感元件124之間的距離或者間隔取決於解析度的選擇，可以於2毫米至2厘米範圍內。每一個第一傳感元件124的一端設置有一個第一電 極122並與該第一傳感元件124電連接，該每一個第一傳感元件124的另一端均與一個第三電極120電連接。
所述第三電極120，以及每一個第一傳感元件124一端的第一電極122均可以通過導線與該靜電感測器500的控制單元60電連接，從而使得該控制單元60可以通過其電路控制模組62分別向每一第一傳感元件124施加電壓，並通過電阻測試模組64測量所述每一個第一傳感元件124的電阻。與第四實施例的靜電感測器400相同，第五實施例中的靜電感測器500可以感測到於其基底14上方的帶靜電的物體在第二方向Y上的位置，並用於電子器件的控制。
所述複數個第二傳感元件164等間隔設置於所述基底14的表面。相鄰的第二傳感元件164之間的距離或者間隔取決於解析度的選擇，可以於2毫米至2厘米範圍內。每一個第二傳感元件164的一端設置有一個第二電極162並與該第二傳感元件164電連接，該每一個第二傳感元件164的另一端均與所述第四電極160電連接。
所述第四電極160，以及每一個第二傳感元件164一端的第二電極162均可以通過導線與該靜電感測器500的控制單元60電連接，從而使得該控制單元60可以通過其電路控制模組62分別向每一第二傳感元件164施加電壓，並通過電阻測試模組64測量所述每一個第二傳感元件164的電阻。與第四實施例的靜電感測器400相同，第五實施例中的靜電感測器500可以感測到於其基底14上方的帶靜電的物體於第一方向X上的位置，並用於電子器件的控制。
第五實施例中，通過一個第三電極120取代了第四實施例中的複數個第一電極122，通過一個第四電極160取代了第四實施例中的複數個第二電極162，並實現了與第四實施例相同的功能，簡化了結構。
可以理解，第五實施例的靜電感測器500亦可以包括第一實施例中的靜電感測器100所包括的絕緣保護層80，覆蓋於所述基底14表面的複數個第一傳感元件124以及複數個第二傳感元件164，從而對該複數個第一傳感元件124以及複數個第二傳感元件164進行保護。
與先前技術相比較，本發明所述靜電感測器，通過帶有靜電的物體靠近引起第一傳感元件及第二傳感元件的電阻產生變化產生的信號來感測帶 有靜電的物體的位置，更容易操作，方法簡單，無需複雜的計算。
100‧‧‧靜電感測器
10‧‧‧傳感單元
14‧‧‧基底
60‧‧‧控制單元
62‧‧‧電路控制模組
64‧‧‧電阻測試模組
66‧‧‧開關
122‧‧‧第一電極
124‧‧‧第一傳感元件

Claims (14)

  1. 一種靜電感測方法，其包括以下步驟：提供一靜電感測器，其包括一個傳感單元和一個控制單元，所述傳感單元包括至少一個第一傳感元件，以及至少兩個第一電極設置於所述至少一個第一傳感元件的兩端並與該至少一個第一傳感元件電連接，所述至少一個第一傳感元件為一維半導體奈米結構，當帶靜電的物體靠近該至少一個第一傳感元件時該至少一個第一傳感元件的電阻產生變化；使帶靜電的物體靠近所述傳感單元，通過所述控制單元向所述至少一個第一感測器施加電壓，並測量由於帶靜電的物體靠近所導致的該至少一個第一傳感元件的電阻變化。
  2. 如請求項1所述的靜電感測方法，其中，帶靜電的物體距離所述第一傳感元件的距離與該第一傳感元件的電阻變化成正比。
  3. 如請求項2所述的靜電感測方法，其中，設置一電阻變化閾值，當所述帶靜電的物體靠近所述至少一個第一傳感元件的電阻變化大於該電阻變化閾值時，所述第一傳感元件的電阻變化被識別。
  4. 如請求項1所述的靜電感測方法，其中，所述一維半導體奈米結構為一根半導體性奈米碳管。
  5. 如請求項1所述的靜電感測方法，其中，所述該一維半導體奈米結構電導率變化對費米面位置移動的陡率的絕對值大於10-1。
  6. 如請求項1所述的靜電感測方法，其中，所述一維半導體奈米結構的費米面距離態密度奇點的距離在30~100meV。
  7. 如請求項1所述的靜電感測方法，其中，所述一維半導體奈米結構的直徑小於100奈米。
  8. 一種靜電感測帶靜電物體位置的方法，包括以下步驟： 提供一靜電感測器，包括一個傳感單元和一個控制單元的一維半導體奈米結構，所述傳感單元包括一基底，複數個第一傳感元件相互平行且間隔地設置於所述基底的表面，每一第一傳感元件兩端分別設置一第一電極與該第一傳感元件電連接，以及複數個第二傳感元件相互平行且間隔地設置於所述基底表面，並與所述複數個第一傳感元件相互絕緣垂直交叉設置，每一第二傳感元件的兩端分別設置一第二電極並與該第二傳感元件電連接，所述每個第一傳感元件和每個所述第二傳感元件均為一維半導體奈米結構，當帶有靜電的物體靠近該複數個第一傳感元件及複數個第二傳感元件時，該複數個第一傳感元件及複數個第二傳感元件的電阻產生變化；使所述帶靜電物體靠近所述靜電感測器；通過所述控制單元給所述複數個第一傳感元件施加電壓，並測量每個第一傳感元件的電阻變化，並確定電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置；通過所述控制單元給所述複數個第二傳感元件施加電壓，並測量每個第二傳感元件的電阻變化，並確定電阻變化最大的第二傳感元件垂直於所述複數個第二傳感元件方向上的位置。
  9. 如請求項8所述的靜電感測帶靜電物體位置的方法，其中，帶靜電的物體距離所述第一傳感元件的距離與該第一傳感元件的電阻變化成正比，帶靜電的物體距離所述第二傳感元件的距離與該第二傳感元件的電阻變化成正比。
  10. 如請求項8所述的靜電感測帶靜電物體位置的方法，其中，給所述所述複數個第一傳感元件施加電壓的方法為同時給所述複數個第一傳感元件施加電壓，或者按照順序逐行掃描，先後給每一個第一傳感元件施加電壓；給所述所述複數個第二傳感元件施加電壓的方法為同時給所述複數個第二傳感元件施加電壓，或者按照順序逐行掃描，先後給每一個第二傳感元件施加電壓。
  11. 如請求項8所述的靜電感測帶靜電物體位置的方法，其中，帶靜電的物體距離所述第二傳感元件的距離與該第二傳感元件的電阻變化成正比。
  12. 如請求項8所述的靜電感測帶靜電物體位置的方法，其中，給所述所述複數個第一傳感元件施加電壓的方法為同時給所述複數個第一傳感元件施加電壓，或者按照順序逐行掃描，先後給每一個第一傳感元件施加電壓。
  13. 如請求項8所述的靜電感測帶靜電物體位置的方法，其中，設置一電阻變化閾值，當所述帶靜電的物體靠近所述第一傳感元件或所述第二傳感元件的電阻變化大於該電阻變化閾值時，所述第一傳感元件或所述第二傳感元件的電阻變化被識別。
  14. 一種靜電感測帶靜電物體移動的方法，包括以下步驟：提供一靜電感測器，包括一個傳感單元和一個控制單元，所述傳感單元包括一基底，複數個第一傳感元件相互平行且間隔地設置於所述基底的表面，每一第一傳感元件兩端分別設置一第一電極與該第一傳感元件電連接，當帶有靜電的物體靠近該複數個第一傳感元件時，該複數個第一傳感元件的電阻產生變化；使帶靜電物體靠近所述靜電感測器，並沿著與所述複數個第一傳感元件交叉的方向移動所述帶靜電物體；通過所述控制單元給所述複數個第一傳感元件施加電壓，並測量每個第一傳感元件的電阻變化，並確定第一個電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置，以及最後一個電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置；以及通過上述第一個電阻變化最大的第一傳感元件於垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置，以及最後一個電阻變化最大的第一傳感元件於 垂直於所述複數個第一傳感元件方向上的位置來判斷所述帶靜電物體的移動方向。
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