一种自驱动传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种自驱动传感器及其制备方法，自驱动传感器包括衬底层、电极图案层和电压读取单元；所述电极图案层包括第一电极层、第二电极层和绝缘层；所述第一电极层设置于所述衬底层的表面；多个所述第一电极沿第一方向阵列排布；所述第二电极层设置于所述第一电极层的上方，多个所述第二电极沿第二方向阵列排布，所述绝缘层位于所述第一电极与所述第二电极相对应的位置处；每个所述第一电极均连接有一个所述电压读取单元，每个所述第二电极均连接有一个所述电压读取单元。本发明专利技术的一个技术效果在于，设计合理，不但能够感知二维点击、划线等操作，也能感知近距离的物体位置变化与手势等三维空间信息，具备低成本集成多功能的优势。势。势。

【技术实现步骤摘要】
一种自驱动传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于人机交互
，具体涉及一种自驱动传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]智能手机等便携电子设备的人机交互方式经历了从实体键盘到触摸屏的演变，加之虚拟现实等新兴技术也在近年不断涌现，人机交互操作方式不断趋向于提高操作体验与便利性，更加直观、高效、多样。但是，虚拟现实等交互技术实现起来较为复杂，而且需要昂贵的分体式佩戴设备，单从使用的便利性与成本来讲，虚拟现实等技术存在本征劣势。与此同时，传统键盘与触摸屏的交互界面局限在二维平（曲）面中的点按与画线，无法向三维空间扩展，限制了更多直观交互方式的应用。因此，需要一种既超越传统键盘与触摸屏感知能力范畴，又便于实现、可广泛应用的人机交互方式。
[0003]摩擦电感知技术基于摩擦起电与静电感应效应的耦合，此前已广泛报道于压力传感等创新性研究。摩擦起电即为接触起电，日常生活当中无处不在的静电即由此产生，借助这一效应的普遍性，摩擦电感知技术具有非常广泛的应用范围。已有报道通常是基于两个带电物体之间的动态接触变化产生的电压输出，将这种电压输出作为自驱动感知信号，反映被测物体与传感器之间的接触压强或者压实程度，由此判断触点位置、受力分布、运动轨迹等二维平（曲）面内的信息，不具备感知被测物体三维静态位置的能力。
[0004]因此，目前的应用于人机交互设备的传感器设计不合理，不具备感知被测物体三维静态位置的能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种自驱动传感器及其制备方法的新技术方案。
[0006]根据本申请的第一方面，提供一种自驱动传感器，包括：衬底层；电极图案层，所述电极图案层包括第一电极层、第二电极层和绝缘层；所述第一电极层设置于所述衬底层的表面；所述第一电极层包括多个第一电极，多个所述第一电极沿第一方向阵列排布；所述第二电极层通过所述绝缘层设置于所述第一电极层的上方，所述第二电极层包括多个第二电极，多个所述第二电极沿第二方向阵列排布，所述绝缘层位于所述第一电极与所述第二电极相对应的位置处；电压读取单元，每个所述第一电极均连接有一个所述电压读取单元，每个所述第二电极均连接有一个所述电压读取单元；当被测物体靠近所述电极图案层的某一位置时，在静电感应的作用下，所述第一电极层和第二电极层发生电势变化并通过电压读取单元输出自驱动感知信号；其中，电势变化量与被测物体与电极图案层的距离呈正相关，且根据发生电势变化的第一电极和第二电极获取被测物体的位置信息。
[0007]可选地，自驱动传感器还包括保护层，所述保护层覆盖所述电极图案层远离衬底层的一侧。
[0008]可选地，所述保护层的材质为防水材质。
[0009]可选地，所述保护层的表面设置微纳米多孔结构。
[0010]可选地，所述第一电极包括多个依次相连的第一子电极，所述第二电极包括多个依次相连的第二子电极，所述绝缘层包括多个绝缘单元；相邻的两个第一子电极的连接处形成第一连接点，相邻的两个第二子电极的连接处形成第二连接点，每个所述第一连接点对应一个所述第二连接点，所述绝缘单元连接所述第一连接点和所述第二连接点。
[0011]可选地，所述第一子电极的形状为菱形、矩形、圆形或星形。例如，第一子电极在衬底层表面的投影与第二子电极在衬底层表面的投影不重叠。进一步地，在此基础上应以第一子电极和第二子电极可最大面积覆盖衬底层的传感区域为首要原则。
[0012]可选地，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
[0013]可选地，所述衬底层的材质为绝缘材质，且所述衬底层为柔性衬底或者硬质衬底。
[0014]根据本申请的第二方面，提供一种自驱动传感器的制备方法，用于制备如第一方面所述的自驱动传感器，包括如下步骤：步骤100，在衬底层上形成图案化的第一电极层；步骤200，在第一电极层上形成图案化的绝缘层，在绝缘层上形成图案化的第二电极层；步骤300，在衬底层的表面形成覆盖第一电极层以及第二电极层的保护层；步骤400，将每个第一电极层的第一电极连接电压读取单元，并将每个第二电极层的第二电极连接电压读取单元。
[0015]可选地，自驱动传感器的制备方法还包括：步骤500，将被测物体与保护层的表面触摸后分离，通过接触起电效应使被测物体与保护层的表面分别达到稳定的电荷分布，然后，将各个第一电极和各个第二电极分别接地一次。
[0016]本专利技术的一个技术效果在于：在本申请实施例中，当被测物体靠近电极图案层的某一位置时，在静电感应的作用下，第一电极层和第二电极层发生电势变化并通过电压读取单元输出自驱动感知信号；其中，电势变化量与被测物体与电极图案层的距离呈正相关，且根据发生电势变化的第一电极和第二电极获取被测物体的位置信息。因此，可以通过电势的变化量以及发生电势变化的第一电极和第二电极准确地感知距离该自驱动传感器一定距离范围内的各个物体在三维空间的位置及变化。
[0017]该自驱动传感器不仅突破传统键盘、触摸屏等人机交互界面只能感知二维面内的点按、划线等交互信息的局限；而且，结构非常简单，操作方便，其不需要类似于虚拟现实技术那样佩戴于周身的分体式复杂设备；同时，该自驱动传感器的传感功能集中在一个平面式阵列当中，且采用层状堆叠结构，易于制备和应用。
[0018]综上，该自驱动传感器在形式上仅为类似普通触摸屏的二维平面，但可以基于摩擦电效应感知一定距离范围内的各个物体在三维空间的位置及变化，能够作为新型的人机
交互界面，使得手势操控等交互方式以易于应用的方式扩展到三维空间，带来更加直观的操作方式和便利体验。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一实施例的一种自驱动传感器的第一电极层的结构示意图；图2为本专利技术一实施例的一种自驱动传感器的绝缘层的结构示意图；图3为本专利技术一实施例的一种自驱动传感器的第二电极层叠置于第一电极层的俯视图；图4为本专利技术一实施例的一种自驱动传感器的对第一电极和第二电极编号的结构示意图；图5为被测物体靠近图4中A处的示意图；图6为图4的剖面结构示意图。
[0020]图中：1、衬底层；21、第一电极层；211、第一电极；2111、第一子电极；22、第二电极层；221、第二电极；2211、第二子电极；23、绝缘单元；3、电压读取单元；4、保护层；5、被测物体。
具体实施方式
[0021]现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
[0022]下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023]本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自驱动传感器，其特征在于，包括：衬底层；电极图案层，所述电极图案层包括第一电极层、第二电极层和绝缘层；所述第一电极层设置于所述衬底层的表面；所述第一电极层包括多个第一电极，多个所述第一电极沿第一方向阵列排布；所述第二电极层通过所述绝缘层设置于所述第一电极层的上方，所述第二电极层包括多个第二电极，多个所述第二电极沿第二方向阵列排布，所述绝缘层位于所述第一电极与所述第二电极相对应的位置处；电压读取单元，每个所述第一电极均连接有一个所述电压读取单元，每个所述第二电极均连接有一个所述电压读取单元；当被测物体靠近所述电极图案层的某一位置时，在静电感应的作用下，所述第一电极层和第二电极层发生电势变化并通过电压读取单元输出自驱动感知信号；其中，电势变化量与被测物体与电极图案层的距离呈正相关，且根据发生电势变化的第一电极和第二电极获取被测物体的位置信息。2.根据权利要求1所述的自驱动传感器，其特征在于，还包括保护层，所述保护层覆盖所述电极图案层远离衬底层的一侧。3.根据权利要求2所述的自驱动传感器，其特征在于，所述保护层的材质为防水材质。4.根据权利要求2所述的自驱动传感器，其特征在于，所述保护层的表面设置微纳米多孔结构。5.根据权利要求1所述的自驱动传感器，其特征在于，所述第一电极包括多个依次相连的第一子电极，所述第二电极包括多个依次相连的第二子电极，所述绝缘层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐迁，高源，彭轶瑶，李霄，杨凝，戴扬，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：