(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）音響波を伝搬することのできる基板；および
（ｂ）前記基板上に形成され、各々の要素が入射音響波の一部を反射する複数の反射性要素を有してなり、形成後に前記基板に化学的に結合される有機マトリックスを含んでなる反射アレー
を有してなるタッチセンサーシステム。
【請求項２】
前記有機マトリックスが硬化性樹脂を含む請求項１に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項３】
前記有機マトリックスが、熱硬化開始温度が約250℃より低い硬化性樹脂を含む請求項１に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項４】
前記有機マトリックスがＵＶ光硬化性樹脂を含む請求項１に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項５】
前記有機マトリックスが、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂およびそれらの組み合わせからなる群より選択される硬化性組成物を包含するポリマーを含む請求項１に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項６】
前記有機マトリックスが約120℃を超えるガラス転移点を有するポリマーを含む請求項１に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項７】
前記有機マトリックスが、
（ａ）エポキシ、シアン酸エステル、ポリエステル、フェノールおよびビスマレイミドからなる群より選択される官能基を有する1種または2種以上の組成物を包含する、約1.7を超える官能性を有するポリマー樹脂、
（ｂ）約250℃より低い温度で前記樹脂の硬化を開始することができる熱硬化剤；および
（ｃ）前記ポリマー樹脂に共有結合することができるシラン官能基および追加の官能基を有するシラン組成物
を含む請求項１に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項８】
さらに、ガラスをぬらすことができる界面活性剤を含む請求項７に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項９】
前記反射性要素がさらに前記有機マトリックス中に分散された約4.0g/cm3を超える密度を有する高密度充填材を含む請求項１に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項１０】
前記高密度充填材が、粉末状タングステン、三酸化タングステン、炭化タングステン、炭酸カルシウム、酸化鉛、酸化亜鉛、硫酸バリウム、硫化亜鉛、二酸化珪素およびそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項９に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項１１】
前記高密度充填材が、硫酸バリウムと硫化亜鉛との共沈殿物を含む請求項９に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項１２】
前記高密度充填材が、硫酸バリウムから本質的になる請求項９に記載のタッチセンサーシステム。
【請求項１３】
前記基板が珪素系組成物を含み、前記珪素系組成物を前記反射アレーを基板の上に形成する前にシラン組成物により処理する請求項１に記載のタッチセンサー。
【請求項１４】
前記基板が珪素系組成物を含み、前記有機マトリックスがさらにシラン組成物を含む請求項１に記載のタッチセンサー。
【請求項１５】
前記有機マトリックスが前記基板上に印刷される請求項１に記載のタッチセンサー。
【請求項１６】
前記基板が強化ガラスを含む請求項１に記載のタッチセンサー。
【請求項１７】
前記基板が陰極線管の面板である請求項１に記載のタッチセンサー。
【請求項１８】
さらに、
（ｉ）前記基板からの音響波を受信する変換器を含み；
（ｉｉ）前記反射アレーの各要素が変換器に向かう前記音響波の一部を反射し、その結果、50℃の温度で10%〜60%RHにおいて湿度を変化させる状態で前記変換器によって実質的に対応する信号が発生される
請求項１に記載のタッチセンサー。
【請求項１９】
（ａ）音響波を伝搬することのできる基板；および
（ｂ）前記基板上に形成され、各々の要素が入射音響波の一部を反射する複数の反射性要素を有してなり、約50℃を超え約250℃より低い温度で硬化する熱硬化性ポリマーである有機マトリックスを含んでなる反射アレー
を含んでなるタッチセンサーシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、音響タッチセンサー中の音響反射体のアレーに特に好適な、表面音響波と相互作用する音響構造物に関する。
発明の背景
本明細書で用いられる「表面音響波」（ＳＡＷ）は、表面への接触により音響エネルギーが測定可能な程度に減衰される音響波を意味する。一般的に、レイリー波または準レイリー波（真のレイリー波と実際的には同等）が含まれるが、他の種類の音響波も含まれる。
ＳＡＷデバイスは、タッチセンサー、信号フィルターとして、および他の用途において用いられる。一般的タッチセンサーデザインは2組の変換器を有しており、各組は、基板により定められる物理的デカルト座標系の軸とそれぞれ並べられる異なる軸を有している。音響パルスまたはパルス列が1つの変換器により発生され、音響波長の整数（integral number）に対応する間隔をおいて45°の角度をなす反射要素のアレーを横切る軸に沿ってレイリー波として伝搬される。各反射要素は、基板の活性領域を横切る軸に垂直な経路に沿う波の一部を、第1のアレーおよび変換器の鏡像である対向アレーおよび変換器に反射する。鏡像アレー中の変換器は、放射パルスに逆平行に導かれる両アレーの反射要素により反射される波の重ね合わせ部分からなる音響波を受ける。センサーの活性領域内の波路は特徴的時間遅延を有し、そのために、活性領域に接する物体により減衰されるいかなる波路も、複合回帰波形における減衰のタイミングを決めることにより確認することができる。第2の組のアレーおよび変換器は、第1のものに直角に設けられ、同様に作用する。変換器の軸は基板の物理的座標軸に対応するので、回帰波における減衰のタイミングは基板上の位置のデカルト座標を示し、また、座標が逐次決められることにより減衰物の2次元的デカルト座標位置が決められる。他の音響タッチ位置センサーデザインを用いてもよい。デザインの説明が、US Re 33,151; US 4,642,423; US 4,644,100: US 4,645,8870; US 4,700,176; US 4,746,914; US 4,791,416; US 4,825,212; US 4,880,665; US 5,072,427; US 5,162,618; US 5,177,327; US 5,234,148; US 5,260,521; US 5,260,521; US 5,329,070およびUS 5,451,723に開示されており、これら全てをここで参考のために取り入れる。
大部分の材料、例えばガラスは、比較的一定の音響エネルギー損失（単位長当たりのdB）を有し、経路長が大きいと減衰が大きいので、音響パルスが移動する最大音響経路長は有用な基準である。多くの場合、この減衰はタッチスクリーンのデザインを制限する。従って、通常、高い音響効果を有することが望まれる。すなわち、例えば、数多くの変換器を配置して基板を大きくすることができ、同様に、基板が小さいと、音響経路を重ね合わせて変換器の数を減らすことができる。吸収率に対する反射率の比は最大にするのが望ましく、それにより充分な波エネルギーがアレーの端部に達すると共に、充分な波エネルギーが反射されて接触の検出の信頼性が得られる。
一般的に、SAW伝搬効率は、ガラスのような脆い材料との波の相互作用により最大になり、それに粘着性の材料が回避される。実際、相互作用による信号損失を測定することによりSAWシステムの化学的または湿度的感知を可能にする環境効果との相互作用故に、これは表面音響波の非効率的な伝搬である。
この市販の音響タッチスクリーンは、典型的に、ソーダ石灰ガラスから形成され、陰極線管のような表示デバイスの直前に配され、反射アレーが、活性感知領域の外側の基板の外周に配されると共に、斜面溝に隠され保護される。反射要素は、各々、通常SAW粉末の1％のオーダーで反射し、少量を分散させ、残りがアレーの軸に沿って通過するようにされる。すなわち、発信変換器に近いアレー要素は、入射角の大きな音響エネルギーに付され、より大量の音響エネルギーを反射する。受信変換器に均一化音響エネルギーを提供するために、反射要素の間隔を小さくすると共に発信変換器からの距離を大きくすることができる、または、反射要素の音響反射率を変化させて、反射率を増加させると共に発信変換器からの距離を大きくすることができる。
反射体に入射する音響ビームは、透過（非反射）部分、反射部分、および吸収部分を発生させる。最適反射体材料は、音響吸収率が最少のものである。より正確には、例えば、付着材料の体積を調節することにより吸収エネルギーへの反射エネルギーの比を最大にすることが望ましい。
現在の反射アレーは、通常、ソーダ石灰ガラス基板上の浮き出したガラスフリット遮断体のシェブロンパターンである。遮断体は、典型的に、音響波長の1％のオーダーの高さまたは深さを有し、従って、音響エネルギーを部分的にしか反射しない。Elo TouchSystems, Inc., Fremont, Californiaからのタッチスクリーンにおけるようなガラスフリットは、この点において最適に近い。硬化（融合）した場合、高い機械的質係数すなわちQを有するが、これは質および内部減衰が無いことの尺度であり、より技術的に言えば、共鳴振動数およびバンド幅の係数である。これにより、反射体による音響吸収が最少になる。
ガラスフリットは、通常、基板上にスクリーン印刷されると共に高温（400℃超）硬化により硬質ガラス状基板に変性される印刷性ゲル状インクとして提供される。印刷された反射体パターンを有する基板は、必然的に、同じ高温に付される。すなわち、基板の選択が制限され：強化ガラスは、そのような硬化温度においてその焼き入れを失い、CRT面板ガラスは、CRTの他の成分の感熱性故に使用することができない。もう一つの制限は、例えば一部のガラスクリーナー中に見つかる酢酸による溶脱の可能性が健康に悪い重金属の存在である。ガラスフリット硬化プロセスは、その装備、空間、および時間の必要性のために非常に費用のかかる要素である。すなわち、ガラスフリットプロセスを補助するまたは何かに置き換えることが望まれる。
ポリマーはガラスよりも音響吸収性が高い傾向があり、タッチスクリーン上の少量でも付着すると大幅な音響減衰を引き起こし得る。従って、ガラスフリットシステムと比較すると、ポリマーについては、最少許容受信信号の大きさに対する発信信号の比が低く、典型的には、14インチスクリーンにおいて6dBを超える。また、多くのポリマーが親水性である。湿分の吸収は、基板ガラスからの剥離につながる。それにも拘わらず、例えばUS 4,090,153; US 4,510,410; US 5,400,788およびUS 5,488,955において音響波の吸収材としてエポキシドが用いられていた。活性音響経路からのビームエネルギーを散らすために、圧電基板上にポリマーレイリー波反射体を同様に使用している非充填ポリマー音響反射体に関するUS 5,113,115およびUS 5,138,215も注目に値する。
すなわち、基板が強化ガラス、CRT面板、または同様の高温耐性材料である音響タッチスクリーンのためのポリマー音響反射体が望まれる。しかしながら、ポリマーの使用は、重大なデザインの問題を起こし、ポリマーの（a）適当な基板への付着、（b）音吸収性、（c）所定範囲の環境条件への機械的安定性、（d）所定範囲の環境条件における音質安定性、および（e）質反映要素中への組み込み方法の有用性により制限される。これらの因子は、かなり複雑であるので現在のシステムは、ソーダ石灰ガラス基板上にガラスフリットを用い続けなくてはならなかった。
発明の簡単な概要
本発明は、音響感知経路に沿った音響波の一部を反射するためのアレーの要素を形成する有機マトリックス（すなわちポリマー樹脂）を有する基板中において伝搬する音響波の摂動を感知するシステムを提供する。硬化性樹脂は、好ましくは、熱硬化可能（熱硬化性）樹脂またはＵＶ光硬化性樹脂であり、特に好ましくは熱硬化性エポキシ樹脂である。この樹脂は、好ましくは、50℃を越えるが250℃より低い温度で硬化する。もう一つの態様において、ポリマーは、基板に化学的に結合する。さらなる態様において、ポリマーは、約10％〜約60％の相対湿度（RH）および約10℃〜35℃の温度において安定である音響特性を有する。好ましくは、ポリマーの安定性はこの範囲を超え、例えば、0℃〜50℃の温度で0〜60％の相対湿度、より好ましくは、-20℃〜60℃の温度で0〜100％の相対湿度である、あるいは溶媒、酸および塩基の存在下においてはより短時間である。
その音吸収性以外に、ポリマーは、重要な可能性を秘めたもう一つの特性も有する。多くのポリマーは、環境ガス、湿分および他の化学物質により影響される。化学物質がポリマーにより吸収または吸着された場合、後者の物理的特性は変化することができ、音響波との相互作用が変えられる。すなわち、音吸収率／反射率は、RHおよび温度のような環境条件により変化し得る。2つの潜在的な影響が、この変化を説明する。第1は、例えば湿分の吸収であり、ポリマー密度を低下させ、物理的構造を変化させる。第2に、ポリマーマトリックス中の水が、ポリマーの粘性を上昇させ、そのガラス転移温度（Tg）を低下させ、それにより音響波が粘性減衰する、または少なくとも音吸収性が変化する。
Tgは、その温度においてポリマーの主成分が硬いガラス状の状態から柔らかいゴム状の状態に変化すると共に、成分の同定と架橋度の両方に関する温度である。Tgは、ポリマーの音響相互作用における重要な因子である。Tgの正確な値は、測定方法に依存する。ここで、Tgは、ASTM D618〜95でサンプルを予め条件調整しておいてASTM E1640〜94により測定される。ポリマーのTgは、好ましくは約60℃超、より好ましくは約120℃超、最も好ましくは約170℃超である。
反射要素は、反射率、吸収率および透過率の正確なバランスを有さなくてはならない。音の反射率に対する吸収率の比が高すぎると、不十分な信号がタッチセンサーの端部に達するので適当な反射アレーを作ることができない。ガラスフリットインクは、約0.2dB/インチの吸収率を有する。エポキシ系インクの5.53MHzにおけるSAW吸収率が、0.5〜5dB/インチにおいて測定された。ポリマー系インクの反射率を向上させるために、無機充填材を充填して密度を上昇させる。充填材は、好ましくは、2.0g/cm3より大きな、より好ましくは4.0g/cm3より大きな密度を有する粉末状高密度充填材である。本発明の反射性要素は音響的に薄く、効率的反射体となることが意図されている。反射性要素の反射率は、その体積に依存する。全ての他の条件は等しく、適当に設計され位置付けされた要素は、大きな体積を有する場合、より高い吸収率対反射率比を有する。
現在の高温硬化性ガラスフリット組成物と対照的に、本発明のポリマーインクは200℃より低音で硬化する（200℃で焼き入れされたガラスは10000時間でわずか1％の強度しか失わない。）。
好ましくは、ポリマーは、強く架橋されており、低い吸湿性を有する、例えば最大3〜5重量％であり、低い架橋度の親水性ポリマーにおいて典型的な10％より低い。低架橋密度は、化学物質にさらされたときの膨張に対する抵抗の低下にも関係する。高い吸湿性の場合、ポリマーの膨張は、Tgの変化、音響特性の変化（例えば、減衰の増加）、および、膨張係数の不適合が引き起こす機械的歪およびポリマーマトリックスへの化学的効果の両方に起因する基板の粘着性の損失可能性を引き起こす。試作タッチセンサーシステムにおいて、ガラス基板および低Tgポリマー反射アレーを有するタッチセンサーの音響特性は不安定であり、熱湿条件下に非機能的となることがわかった。この不利益は、他の同様の高Tgポリマー反射アレーシステムにおいては存在しなかった。
本ポリマ性反射体は、ホウ珪酸塩ガラスのようなソーダ石灰ガラスよりも低い温度の膨張係数を有するガラスへの信頼性ある接着も提供する。対照的に、ホウ珪酸塩ガラス基板上のはんだガラスフリットは、レーザー刃により、ソーダ石灰ガラス上の同じフリットよりも容易に掻き取ることができる。
ポリマー反射要素は、通常ガラスフリットよりも大きな音吸収率を有し、ポリマー反射体の使用により、反射アレーがCRTモニターの面板上に直接配され、その低い音吸収率が、増加した反射体損失を補償する。さらに、低温加工技術により、強化ガラスまたは他の温度感受性基板が使用できるようになる。
本発明の好ましい態様は、CRTの面板が音響タッチスクリーンの基板として作用する「管直上」タッチセンサーシステムを提供する。そのようなシステムは、多くの利点を提供する。これにより、典型的音響タッチスクリーン産物：すなわち曲面ソーダ石灰ガラス基板における最も大きな材料費用が削除される。タッチスクリーンのための場所をあけるためにCRTモニターを機械的に再加工する費用が低下される。さらに、得られる産物は品質がより高い。ソーダ石灰ガラスの表面からの反射を除くことにより、CRT像の知覚される品質は大幅に高められる。現時点では、ガラスフリット反射体を用いる「管直上」（充分に一体化されたCRTについて）態様のための製造技術は存在しない。
エポキシ材料、特に、架橋度が高いものは、典型的に、3dBより小さい信号損失を引き起こす。測定により、充填ＵＶ光効果インクは、例えば、一部の場合には許容され得る10dBの高さの音損失を有することが示された。ソーダ石灰ガラスの代わりのCRT面板の上での音響信号の伝搬は、10dBを超える信号、例えば、10〜30dBを加えることができ、それによりUV硬化性インクの使用が可能になる。ポリマーインクに無機材料を加えると、音響吸収率を増加させることなく音響反射率を増加させることができる。
3つの一般的硬化方法が、エポキシドに利用することができる。すなわち（ａ）混合後、数分〜数時間で硬化する2成分熱硬化性混合物、（b）暗所では安定であるがＵＶ光の存在下に硬化するＵＶ光硬化性エポキシド、および（c）室温で延長した貯蔵期間を有するが高温、例えば140〜250℃において硬化する1成分熱硬化性エポキシド。ＵＶ硬化ポリマーは、CRT面板ガラスのような低音響損失基板に用いる場合が最も良い。アクリル系硬化剤を用いる他の組成物はUV硬化性でもあってよく、それにより高度に架橋した構造が得られる。高密度フィルターの光遮断効果故に、必要なUV光の量の調整が必要である。
無機組成物のような高密度材料をポリマーインクに加えると、2つの潜在的利点が提供される。これは、所定の望ましい反射率の達成に必要な蒸着反射体材料の高さを低下させる。より重要なことには、これは、吸収率に対する反射率の比を低下させる。反射率は、主に、基板表面上に乗せられた塊により決められる、すなわち、反射体高さは、硬化反射体材料の比重を規定する。ポリマーは、典型的に、比重が0.9〜1.5gm/cm3の範囲である。硬化したガラスフリットは、密度が約5.6gm/cm3である。同じ反射率においては、ポリマー反射体の高さはガラスフリット反射体の4〜5倍でなくてはならない。反射体材料の密度が増加し、それにより、所望の反射体高さが低くなり、数ミクロンの高さおよび幅、および0.5〜2.0cmの長さの反射体が得られる。
印刷方法に依存して、製造的観点から、反射体の高さを低下させることが有利である。所定の反射体高さにおいて、ポリマーインクの負荷が、吸収率を増加させることなく反射率を低下させることが観察される。アレーデザイン（より少ない反射体）の変化および／または反射体高さの低下後、これにより、音響タッチスクリーン用の反射体材料による信号損失を減少させる。
好ましくは、反射体のポリマーは、基板との化学的結合を形成する。この化学的結合は、3つの方法のうちの1つにより達成される：まず、基板を、表面を化学的に結合させポリマーとの反応のための感応要素を提供する試薬で予備処理することができる。例は、ケイ酸塩ガラス基板を2官能シラン試薬で予備処理することである。第2に、ポリマーは、基板との安定な結合を形成しポリマーの合体部分となる成分を含み得る。例は、珪酸塩ガラス基板への接着のために、2官能シラン試薬、例えばエポキシシランを、ポリマーマトリックスの塊に加えることである。第3として、硬化後の滑らかな移動のために、ポリマーそのものを基板表面に結合することができる。例は、ポリマー基板上のポリマー反射アレーのような、反射アレーおよび基板に対する適合性材料を用いることである。
後者の場合、基板が感応化表面を含むなら、例えば、成分が厳格な化学量論的関係に従わないならば、印刷アレーの基板への接着を改良することができる。アレー材料は基板と同じまたは異なって良く、実際、各々は全く異なる化学物質を用いて良いことが注目される。
ポリマーアレーを基板に化学的に結合させる、例えば、基板を予備処理し官能性結合剤を含むポリマー製剤を用いる、1種または2種以上の方法を用いることもできる。プラズマ、コロナおよび炎処理も、化学的結合のための官能基を形成するためにポリマー表面を処理するために知られている方法である。
ポリマーは、所望のタッチスクリーンパターンにおいて種々に適用することができる。好ましい方法は、スクリーン印刷（シルクスクリーニング）である。インクの粘度およびチキソトロピーがシルクスクリーニングを排除する場合は、パッド印刷を用いることができる。パッド印刷は、CRT面板の端部のような曲面の高半径（high radius）上の印刷にも適している。
音響波を伝搬することができる基板、基板からの音響波を受けるための変換器、および基板上に形成された反射アレーを含んでなり、反射アレーは複数の反射性要素を有し、各反射性要素は変換器に向かう入射音響波の一部を反射し、反射アレーは有機マトリックスを含み、その結果、制御された気候において発生する通常の条件範囲、例えば、0〜35℃の温度における10%〜60%のRHにおいてRHおよび温度を変化させた状態において実質的に不変の信号が変換器により発生させるような、タッチセンサーシステムを提供することが本発明のさらなる目的である。より好ましくは、操作可能範囲は0℃〜50℃、0％〜100％RHの湿度範囲に広がる。好ましくは、形成後の有機マトリックスは、弱いまたは脆弱な界面を形成することなく、基板と化学的に結合または化学的に連続する。
音響波を伝搬することのできる基板、およびその上に形成された反射アレーを含でなり、反射アレーは複数の要素を有しており、各要素は入射音響波の一部と相互作用し、反射アレーは有機マトリックスを含んでおり、有機マトリックスは形成後に選択的に化学種を吸収し入射音響波との相互作用を変化させ、その結果、化学種の濃度を相互作用の変化に基づいて決めることができるような、センサーシステムを提供することが本発明のもう一つの目的である。化学種はガスであってよい。伝搬する音響波が、基板表面上の液体の存在に比較的感受性の無いタイプのもの、例えば、水平分極せん断波（0次またはより高次）である場合、化学種は液体として存在（または液体中に溶解）することができる。
本発明のさらなる目的は、表面音響波を伝搬することのできる基板を含み；その上に形成された反射アレーを含み、反射アレーは複数の要素を有しており、各要素は入射音響波の一部と相互作用し；音響波の反射された一部を受け取る変換器を含み；基板上に付着された化学種への選択的吸収性を有するポリマーを含み、ポリマーによる化学種の吸収率の変化によりポリマーの音響特性に変化が生じ、そのような変化は変換器により受けられた音響信号の特徴的タイミング（またはタイミング変化）により表されるような、センサーシステムを提供することにある。
【図面の簡単な説明】
図1は、基板上に形成されたポリマー反射性要素を有する音響タッチスクリーンシステムを示す。
発明の詳細な説明
図1は、典型的タッチスクリーンデザインを示し、ここで、反射性要素5、6、7、8が基板12上に形成されている。これらの反射アレーは、高密度充填材とともに有機マトリックスから形成される。示される態様において、別々の発信2、4および受信1、3変換器が各軸について提供される。有限持続パルス列からなる音響波が、X発信変換器2により発せられる。音響波の一部が、X軸発信反射性要素アレー6の各反射性要素により反射され、1つのX音響経路感知接触10が接触位置9を横切り、それによりその経路上を動く音響波が減衰する。音響波の反射された部分は、X軸受信反射性要素アレー5に達し、X軸受信変換器1に再び向けられる。
同様に、有限持続パルス列からなる音響波が、Y発信変換器4により発せられる。音響波の一部は、Y軸発信反射性要素アレー8の各反射性要素により反射され、1つのY音響経路感知接触11が接触位置9を横切り、それによりその経路上を動く音響波が減衰する。音響波の反射された部分は、Y軸受信反射性要素アレー7に達し、Y軸受信変換器3に再び向けられる。
反射強度を、反射体間隔または反射体の高さ、あるいは両方を変えることにより調整して、発信変換器から受信変換器への各音響経路の信号強度を正常化することができる。初期反射体が非常に多い波エネルギーを反射または吸収する場合、基板の遠位部分は、不十分な音エネルギーを有し、接触に感知しなくなる。異なる波経路の波エネルギーを均衡させることにより、基板の種々の部分について匹敵する信号対ノイズ比を達成することができる。
材料
有機マトリックスは、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される硬化性樹脂を含むことができる。
ここで、エポキシ樹脂という用語は、ビスフェノールAまたはビスフェノールFまたは他のフェノール化合物をエピクロロヒドリンと反応させることにより生じる樹脂のような2量体、オリゴマー、またはポリマーエポキシ材料を含む硬化性組成物を意味する。その例は、官能性が2.3で粘度が30〜50000cpsである低粘度高官能性エポキシ樹脂であるPY-307-1ビスフェノールFエポキシ樹脂（Ciba Specialty Chemicals Corp.（CSCC））、；粘度が1200〜1800cpsで官能性が2.0であるPY-306ビスフェノールFエポキシ樹脂モノマー（CSCC）（ビスフェノールFはその低い粘度および耐結晶化が知られている）；4〜6000cpsの低粘度および2.0の官能性のShell Chemical（Shell）からのビスフェノールAエポキシ樹脂であるEpon825；および3000〜4500cpsの低粘度および2.0の官能性のShellからのビスフェノールFエポキシ樹脂であるEpon862、およびDow Chemical Co.からの低粘度（55〜100cps）フレキシブルエポキシ樹脂であるDER732を含む。
エポキシ樹脂は、熱またはUVにより硬化させることができる。硬化時間が充分長くタッチスクリーンアレーの印刷が可能であるならば、従来の硬化剤を用いることができる。好ましい硬化剤は、室温で数ヶ月の貯蔵期間を提供する潜在性触媒である。硬化剤の例は、Air Productsからの粒径約10μmの純粉末ジシアンジアミドを含むAmicure CG-1200；3-フェニル-1,1-ジメチル尿素および3-（4-ジクロロフェニル）-1,1-ジメチル尿素のような尿素型触媒；2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-ヘプタ-デシルイミダゾールおよび2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール（Curazol 2-PHZ, Air Products製）のようなイミダゾール触媒を含む。イミダゾール触媒は、典型的には単独で用いられる、またはジシアンジアミドと共に硬化のスピードアップのための促進剤として用いられる。他の適当な硬化剤はLandec XE-7004, Ancamine 2337 XS, Ancamine 2014, またはAjinomotoからのAjicure PN-23, Ajicure MY 24またはAjicure MY-Hを含む。また、Union CarbideからのCycure UVI-6974（トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩）のようなUV光活性化硬化剤を用いることができる。
シアン酸エステル樹脂は、中粘度樹脂であるArocy B-30を含む複数グレードのCSCCから得られるビスフェノールAジシアネートである。シアン酸エステル樹脂は、触媒を用いることなく架橋するが、触媒を用いると反応がより早くなり低温で生じる。適当な触媒は、活性水素化合物（アルキルフェノールまたはより沸点の高いアルコール）を伴う可溶性金属カルボン酸塩（ナフテン酸塩またはオクタン酸塩）または金属アセチルアセトン酸塩であり、例えば、ノニルフェノールを伴うナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルトまたはアセチルアセトン酸コバルトである。シアン酸エステル樹脂は、エポキシ樹脂と共硬化することができる。CSCCは、湿分吸収量の低いシアン酸エステル樹脂のMシリーズ:（テトラO-メチルビスフェノールFジシアネート）、および低い吸水率および難燃性のフェキサフルオロビスフェノールA樹脂（Fシリーズ樹脂）に基づく樹脂の第3のシリーズも提供する。これらの樹脂は230〜290℃の高いTgで硬化させることができる。
ビスマレイミド樹脂は、CSCC、Shellおよび他の供給源から得ることができる。例えば、成分A（4,4’-ビスマレイミドジフェニルメタン）および成分B（o,o’-ジアリルビスフェノールＡ）からなるMatrimid 5292樹脂系は、CSCCから得ることができる。これらは、100/85の割合で混合され、177、200および250℃で硬化される。得られるTgは、硬化時間および温度に依存する。200〜310℃の範囲のTgが可能である。反射性要素を作るためのこのポリマー系の調製において、充填材およびシランをインク組成物に添加する。
ベンズオキサジン樹脂は、架橋したときにフェノール樹脂を産出する硬化性樹脂である。
基板は、好ましくは、ガラス、例えばソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸塩ガラスまたはCRT面板ガラス、あるいは石英のような珪素系組成物を含んでなる。ガラスは、焼き入れし、例えば安全ガラスと積層し、および／または比較的厚く、例えば、約1cmを超える厚さにすることができる。珪素系基板と有機マトリックスとの間に化学的結合を提供するために、反射性要素の形成前にシラン組成物で基板を処理する、および／または、有機マトリックスがシラン組成物を含むことができる。これらのシラン組成物は、好ましくは、複数の感応基を有する。これらの場合、シラン部分は珪素系組成物と相互作用して結合を形成し、もう一つの感応基が有機マトリックス中に一体化し、反射性要素が基板に化学的に結合する。また、有機マトリックスは、有機マトリックスが基板の表面で反応して弱い界面層を形成することなく化学的結合を形成するまたは連続相を形成することができる。
有機マトリックス／ポリマー樹脂に適当な粉末状高密度充填材は、タングステン金属、硫酸バリウムおよび硫化亜鉛のような重金属塩、銀塩、シリカ（酸化ケイ素）、炭酸カルシウム、三酸化タングステン、炭化タングステン、酸化鉛、酸化亜鉛、他の金属および金属酸化物、などを含む。充填材は単独でまたは組み合わせて用いることができる。ガラスフリット（酸化鉛および酸化亜鉛）を用いることができるが、環境的により良性の充填材が好ましい。充填材は、ポリマーの引っ張り強度および非硬化インクのチキソトロピーを有利に増加させることができる。すなわち、充填材がこれらの機械的機能を有し、ポリマーの密度を増加させることが好ましい。
好ましい充填材は、約4gm/cm3を超える密度を有するが、それより低い密度を有するポリマー樹脂も有用である。特定の好適な充填材を以下に提供する。タングステン粉末はOsram Sylvania（Grade M-55, 5.2±0.5μmまたはGrade M-20, 1.25±0.15μm）により作られ、Atlantic Equipment Eng.から入手される。好ましい高密度充填材は、硫酸バリウムおよび硫化亜鉛の共沈殿物であり、Sachtleben ChemieからLithopone TM 70/30（硫酸バリウム70%および硫化亜鉛30%）として入手され、平均粒径が1μmより小さく、密度が約4.2gm/cm3である。もう一つの好ましい充填材は、硫酸バリウム単独であるまたは、充填材は本質的に硫酸バリウムからなる。
もう一つの有用な添加剤は、3MからのFC-430のような界面活性剤（炭化水素が付着されたガラス表面をエポキシでぬらすのに有用なフルオロカーボン界面活性剤）である。発煙シリカであるCab-O-Sil TS-720を添加してチキソトロピーを増加させることができる。
ポリマーと珪素系基板を化学的に結合させる結合剤は、N-（2-アミノエチル）-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシ-プロピルトリメトキシシラン、および3-メラクリロキシプロピルトリメトキシシランのようなシランカップリング剤であり得る。
実施例Ｉ
近く匹敵する粘度を有するガラスフリットインクとポリマーインクとの印刷特性を、近い同等の適用手順を用いて比較した。Rheometrics粘度計を用いて、ガラスフリットインクの2つのロットの粘度を測定して、100〜0.08ラジアン/秒の試験周波数において粘度範囲が15〜2000ポイズであることを知った。この粘度を得るために、比較的低い粘度のエポキシ樹脂を選択した。
発明者は、ポリマーの音吸収性および環境効果への感受性を最少にするために高い架橋密度が望ましいと考えている。これを達成するために、ジシアンジアミド硬化剤およびイミダゾール促進剤（Curazol 2PHZ）と共にエポキシ系（PY-306およびEpon 825）を選択した。得られるポリマーインク組成物は、約165℃において（温度上昇は常温から7.5℃/分の割合で）、粘度の急激な上昇により示されるように、硬化を開始する。硬化剤／促進剤の組み合わせも、希釈しなければ1年、溶媒で希釈すれば3〜9ケ月と予想される貯蔵期間であるその潜在性故に選択した。40℃での促進廊下試験においてさえ、1ケ月後に粘度の変化はほとんど観察されなかった。
ガラスフリット密度は5.6gm/cm3であり、ポリマー樹脂は約0.9〜1.5gm/cm3のベース密度を有するので、高密度充填材の添加によりポリマー樹脂の有効密度が上昇することが望まれた。6つの異なる組成物を、表1に示すように調製した。
0004158164.tif 000002
高密度反射アレーパターンを有する試験スクリーンを、ソーダ石灰ガラス基板上にスクリーン印刷した。試験スクリーン印刷は、複数の大きな面積の試験パターンを含む。これらの大きな面積の高密度パターンは、例えばポリマーの表面粘着性故に、正常反射アレー印刷では必ずしも見られない、印刷スクリーンと基板との間に接着性の問題を引き起こし得る。この問題は、次のプリントではより明確となった。溶媒または希釈剤の添加によりインクの粘度を制御し、プリント間のスクリーンの底部を例えばイソプロパノールで拭き、ガラスプレートをテープでとめることにより粘着性を低下させ得ることがわかった。適当な希釈剤は、2-メトキシエチルエーテル（2-MEE）、乳酸エチル、およびシラン添加剤を含み、希釈比は、粘度およびチキソトロピーに対する充填材のタイプの効果を説明できるように変化させた。ガラス基板用の適当なクリーナーは、水、イソプロパノール、アンモニア、ラウリルエーテル硫酸ナトリウムおよび2-ブトキシエタノールを含むSun-Upクリーナー（Bell Industries, Los Angeles, CA）である。
これらのエポキシ組成物を、ピーク温度が185℃で、合計滞留時間が30分間で、125℃を超える合計時間が約18分であるように調節されたベルト乾燥炉において硬化させた。基板は、硬化中に略室温〜185℃の温度を有していた。
実施例1a（限界解像度）を除いて、表1に列挙する組成物は、図1に示すような反射アレーを製造するために必要な印刷解像度を提供した。図1に示される反射体アレーの特徴ではない試験プリント中の大きな表面積パターン故に、実施例1bでは、希釈せず、例えば実施例1cのように溶媒を組成物に添加して低下させることができる、スクリーンの底部への基板の粘着性を実験した。
実施例1cは、5％ 2-MEEで希釈して、高品質プリントを作成（8％ 2-MEE、粘度は良好な印刷には低すぎた）した。
実施例1dは、実施例1cよりも高い充填材濃度を有し、粘度が高くなっていた。実施例1dは、5％ 2-MEEで希釈し、高品質プリントサンプルを得た。8％ 2-MEEで希釈すると、その粘度は良好な印刷には低すぎた。
実施例1eは1％ 2-MEEで希釈し、かなり優れた印刷品質を有しており、試験パターンを印刷したときに基板とプリントスクリーンとの間に粘着が存在した。2％ 2-MEEで希釈すると、得られる混合物は良好に印刷するには薄すぎた。
実施例1fは2％ 2-MEEで希釈し、望ましい粘度になった。試験プリントの作成において、ガラスは印刷スクリーンから容易に分離された。
表2は、実施例1a〜1fのエポキシ系インクについての減衰および反射率データを、ソーダ石灰ガラス上の硬化したガラスフリットと比較して示す。
0004158164.tif 000003
実施例1aの非負荷（非充填）組成物を用いて作った反射アレーは、反射率測定を困難にする非常に非効率的な反射体であることがわかった。これは、劣ったプリント品質、および非充填ポリマー反射物の低い体積に関係する。
LithoponeTM充填材を含む実施例1b〜1dの反射アレーは、ガラスフリットから作った反射アレーの反射特定と同様であった（表2の最終欄）。実施例1b〜1dの減衰値は、ガラスフリットの値よりかなり大きいが、これらポリマー反射体材料の使用故に6dBより小さな信号が失われるタッチスクリーンデザインを支持するには、なおかなり小さかった。
実施例1eおよび1fは、タングステン充填組成物である。それらは、最も高い質量密度（表1）および最も高い反射率（表2）を有していた。実施例1eおよび1fの測定された反射率は、ガラスフリットよりもかなり高い。これは、主に、ガラスフリットについての硬化高さは、印刷高さの約3分の1であるが、硬化高さは熱硬化性エポキシ組成物についての印刷高さに略等しいということに起因する。
減衰の測定における人為性故に、吸収率は、タングステン負荷実施例1e〜1fについて直接測定実験されなかった。実施例1における全ての組成物についてのポリマーマトリックスの類似性ゆえに、全ての組成物は同様の吸収率を有することが期待され、従って、実施例1eおよび1fは、吸収率に対する反射率の最も良い比を有することが期待される。
実施例II
実施例1の結果に基づいて、実施例1cの組成物をモデルとして用いたが、シランカップリング剤の添加により変性して粘着性を上昇させ、界面活性剤FC-30の添加により湿潤性を増加させた。架橋密度を高くするためにエポキシ樹脂も変えた。得られた再調製エポキシ樹脂（実施例2b）は粘度がより高いので、乳酸エチル溶媒（健康を害する理由から2-MEEから選択）を添加して粘度を低下させた。添加されたシランも希釈剤として作用した。表3は、実施例2a〜2dの組成物を示している。
0004158164.tif 000004
実施例2aは3％乳酸エチルで希釈し、やや粘着性があるが優れた品質の試験パターンプリントを製造した。次に、それを4％乳酸エチルで希釈し、粘着性の低下した優れた品質のプリントを製造した。実施例2bで4％乳酸エチルを加えた（合計6.1重量％）ものは適切に印字された。
タングステンとLithopneTM充填材との混合物を用いる実施例2cを、2％エポキシシランと混合した（合計3.64重量%）。この組成物は印刷スクリーンに粘着性でなく、優れた試験プリントを与えた。
実施例2dは、より分子量の高いエポキシを含んでいるので、非常粘性が高く粘着性が高かった。3％エポキシシランと6％乳酸エチルとの混合物で希釈した（4.22％エポキシシランと11.28％乳酸エチルにする）とき、優れた試験プリントが得られた。9％乳酸エチルで希釈した実施例2も優れた試験プリントを提供した。
実施例2の組成物は、選択された製造方法との適合性を最適化するように変えるための本発明の組成物のフレキシビリティーを説明している。音響データは、この変化が、インクの反射および吸収特性不当に変化させないことを確証するために集められ、許容できる音響性能が得られた。
実施例III
この実施例は、タッチスクリーンで用いるための実際の反射体パターンの印刷を説明する。実施例2bは印刷のために4％添加された乳酸エチルとともに用いた。ガラスプレートは25.4×31.75cm（10×12.5インチ、「大きな寸法」）または19.05×27.94cm（7.5×11インチ、「小さな寸法」）のソーダ石灰ガラスであり、小さい寸法のガラスのために設計されたマスクを用いて印刷した。タッチスクリーンの印刷において、この場合には、プリント間でスクリーンの下側をきれいに拭く、またはガラスプレートをテープでとめる必要外ないことが発見された。これは、試験パターンの面積と比べて小さい面積が理由と考えられる。また、印刷速度は、ガラスフリットの場合と同じで、1分当たり1プリントより早い。
1方が小さい寸法のガラス上で他方が大きい寸法のガラス上である2つのタッチスクリーンを小さいほうのスクリーンから集めた。両方とも許容できる信号を有し、Elo IntellitouchコントローラーModel E281-2300を用いるElo TouchSystems Model E284A-693タッチスクリーンに機能的に類似している充分に機能的なリーレイ波タッチスクリーンをつくった。
実施例IV
一組のタッチスクリーンプリントを、環境試験用の小さい寸法のガラス基板上でのエポキシ系インク組成物の試験のため、および1.27cm（0.5インチ）厚強化ガラス上での印刷および硬化を試すために印刷した。
実施例2bについては、4％エポキシシランを添加した（6.1重量％）。3つのプリントを、標準的ソーダ石灰ガラス上の印刷した。実施例2cについては、2％エポキシシランを添加した（合計で3.64％）。3つのプリントを、標準的ソーダ石灰ガラス上の印刷した。両方のインクを用いた全てのプリントが品質が優れていた。
実施例2bについては、4％エポキシシランを添加し、4つの1.27cm（0.5インチ）厚強化ガラスプレート上に印刷し、第1のものはコンベアベルト炉上を通過させた。第1のタッチセンサーをモニターして、厚いガラスが、冷却中の熱応力によるクラックを引き起こすことなくエポキシを硬化させるように充分に熱くなるか決めた。この情報は、熱応力によりガラスが破壊されることのない40ピースのガラスの良好なパイロット製造を基礎とする。
残っている3つのサンプルを、室温炉内および100℃で45分間硬化させ、次に133℃で30分間硬化させ、次に166℃で30分間硬化させ、最後に200℃で15分間硬化させた。次に、炉を切り冷却させた。
標準的ソーダ石灰ガラスおよび、実施例2bのエポキシインク反射体を用いた0.5インチ厚強化ガラスから作られたタッチスクリーンは、充分に機能的なタッチスクリーンを形成した。
実施例Ｖ
実施例2bのインクを用いた小さい寸法のタッチスクリーンを、環境チャンバー内で35日間-25℃〜65℃の間を循環させることにより環境安定性について試験した。湿度は周囲湿度から60%相対湿度まで変化した。ピーク条件は60%RHで65℃であった。タッチスクリーンは、サイクル中および後において官能性を維持した。環境サイクル中にx軸およびy軸の波形を-20℃、室温（「RT」、略23℃）、50℃および65℃で測定したところ、有意さのないまたは小さな変化しか示されなかった。
実施例VI
理想的には、音響インクは、種々の溶媒およびガラスクリーナーに優れた抵抗を有するべきで、ガラス基板への優れた結合を維持しなくてはならない。ガラスフリット反射体は、酢に溶けるという不利益を有している。
複数のエポキシインク組成物の種々の溶媒に対する抵抗は、室温、40℃および60℃で測定した。0.0254mm（1ミル）厚層のインクをソーダ石灰ガラススライド上に塗布し硬化させた。ガラススライドを、試験液に浸し、ガラススライドへの接着を時々測定した。試験基準は、浸漬後のインクが、レーザー刃で削ったときに剥離の証拠を示さないことである。
先に詳細に説明した組成物に加え、表4に列挙する2つの新しい実施例6aおよび6bを試験した。シランを3％添加した実施例6aは、好ましい組成である実施例2bのほとんど正確な組成であるので最も適切である。
0004158164.tif 000005
試験結果を表5に示す。「ガラス上のシラン」のカラムは、エポキシの付着前にガラスがシラン試薬で処理されたかどうか示している。「エポキシ中シラン」のカラムは、シラン試薬がエポキシ製剤に添加されたかどうか示す。「温度（℃）」カラムは、試験温度を示している。「溶媒または環境」カラムは、サンプルを付した環境を示しており、破損が示される日の数を（  ）内に示す。数に続くプラス（＋）符号は、その日数を破損することなく耐えるサンプルの手段を意味する。
0004158164.tif 000006
0004158164.tif 000007
0004158164.tif 000008
0004158164.tif 000009
実施例VII
印刷および硬化ガラスフリットおよびいくつかのエポキシインク反射体の高さを測定した。これらの測定のために、1/6試験パターン中20個の反射体が入った高さを選択した。1/6パターンは、反射体の幅が略1/2音響波長で、反射体ギャップが約5.5k音響波長のものである。結果を表6に示す。
0004158164.tif 000010
実施例6は、LithoponeTM充填組成物（実施例1d、2aおよび2b）について、ガラスフリットが約4〜7μの高さ、エポキシインク反射体が約12〜17μの高さであることを示している。このプロフィールの面積を併せ、個々の反射体の体積を計算すると、その密度から反射体の重量が計算される。表7は、実施例2bのエポキシインクおよびガラスフリット反射体が本質的に同じ重量であることを示している。
0004158164.tif 000011
実施例VIII
ポリマーのTgの効果を決めるために、架橋度の異なる、従ってTgの異なるエポキシドを用いて研究を行った。望ましくない高い吸収率は、エポキシバインダー中の低いTgおよび低い応力に関係しており、望ましい低い吸収率は、エポキシバイダー中の高いTgおよび高い応力に関係していると考えられる。従って、表8に示すように、実施例2bおよび8a〜8kの一連のインク組成物を、エポキシの応力を硬質からゴム状に変化させて調製した。よりゴム状の組成物は、8e、8fおよび8gであった。一方、8a、8jおよび8kの3つの組成物は、硬化したときに、高いTgの非常に硬質の樹脂を生成した。2つの組成物8bおよび8iは、高い充填材負荷率であった。実施例8iは、実施例8eに匹敵し、充填材負荷を増加する効果を示している。実施例8hは、より低い温度での硬化を可能にする異なる硬化剤であるLANDECXE-7004を含む。
0004158164.tif 000012
0004158164.tif 000013
実施例２ｂおよび８ａ〜ｋの組成物を、小さい寸法のソーダ石灰ガラス上に印刷し、タッチスクリーンパターンをこの寸法に最適になるようにし、タッチスクリーンを得た。実施例２ｂ、８ａ、８ｊおよび８ｋの組成物は、大きな寸法のガラス基板上および適当に大きな印刷スクリーン上にも印刷し、タッチスクリーンを得た。全ての組成物を、190℃までの温度で約30分間の硬化サイクルにより硬化させた。小さい寸法のガラス上に印刷された実施例２ｂの組成物から形成された２つのタッチスクリーンを、200℃で1時間後硬化させ、実施例８ｊの組成物のタッチスクリーンについても同様とした。
柔軟で低応力エポキシ樹脂バインダーを用いた全ての組成物は、印刷品質が乏しい実施例８ｄの組成物を除いて、周囲条件下に優れたタッチスクリーンを製造した。実施例８ｆおよび８ｇの組成物は乾燥しているときは仕様範囲内で機能する許容できるタッチスクリーンを提供し、これらは湿分に過度に感受性であり、60%RHおよび50℃で短時間後に仕様範囲を超えていた。
実施例８ｋは、Tgが250℃を超えることが予想される非常に硬質の樹脂である。プリントは、おそらく不適切なタッチセンター性能の理由により、品質が乏しかった。
実施例８ｂおよび８ｉは、高い充填材負荷率および高い反射率を有することが予想され、優れた吸収率に対する反射率の比を有していた。プロットしたスクリーンパターンは、これらの組成物については最適にならず、従って、試験スクリーンは部分的に機能した。これらの組成物は、その高い密度を考慮に入れるように反射体アレーデザインを最適化すると、優れたタッチスクリーンを形成するようである。
ＬＡＮＤＥＣ硬化剤を用いる実施例８ｈも、良好なタッチスクリーンの形成に失敗した。理由は未知であるが、ＬＡＮＤＥＣ硬化剤が原因で印刷品質が乏しいまたは吸収率が高くなり得る。
実施例２ｂ（正常曲線）および実施例８ｊは、より大きな寸法の優れたタッチスクリーンを形成し、実施例８ｋはより大きな寸法では劣っていた。実施例８ａは、１つのより大きな良好なタッチスクリーンと、劣っている２つのタッチスクリーンを形成した。
実施例IX
この実施例は、ビスマレイミド、シアン酸エステルまたはＵＶ光硬化性エポキシ樹脂から作られた反射性要素を有するタッチスクリーンの製造を説明する。３つのタイプの樹脂（詳細な組成物情報は下記表９に提供される）の各々から得られるインクを、７×９インチのタッチスクリーン上に塗布した（組成物当たり２つのスクリーン）。各インクは良好に塗布されたが、インク９ｂは著しく粘度が高かった。３つの全ての例において、エポキシシランカップリング剤を用いてポリマー（すなわち、反射性要素）をガラスに結合させた。
0004158164.tif 000014
シアン酸エステルおよびUV硬化性エポキシ樹脂から形成されたタッチスクリーンは、満足に機能した。しかしながら、ビスマレイミド樹脂から形成したタッチスクリーンは、信号の欠如故に不合格であった。
小胞を有する破損デバイスを検査すると、反射体要素が発泡していることが示された。これは、高沸点のものを含む、溶媒顔料の高い組成物が充分に乾燥せず、従って、硬化中に発泡したものと思われる。充分に乾燥すれば、満足できるタッチスクリーンが形成されるものと考えられる。
実施例Ｘ
インク組成物の音響特性への効果を理解しようとする努力において、50℃および60%RHに条件付けし試験したタッチスクリーン上で測定を行った。タッチスクリーンは、15/85〜80/20のDow DER 732/Cuba OY 307比内で変化（標準組成物は100%PY307）する実施例８ｃ、８ｅ、８ｆおよび８ｇの組成物を用いて印刷した。より多くのDER732を含む組成物は、架橋密度が低く、より多くの水分を吸収するに違いなく、おそらく音響性能が水分により変化することになる。
50℃および60%RHの環境チャンバー中で3日後、実施例８ｃのタッチスクリーン波形信号は、実施例２ｂの組成物を用いたタッチスクリーンについて得られた信号と似ており、すなわち本質的に影響を受けていなかった。対照的に、実施例８ｆおよび８ｇの組成物を用いて形成したタッチスクリーンは、大幅な信号損失を示した。環境チャンバーから取り出してわずか30分後、実施例８ｇのタッチスクリーンはほどんど全ての最初の信号を回復し、チャンバー内に戻して30分後には、再び大幅な信号損失を示した。従って、実施例８ｆおよび８ｇの組成物を用いるシステムは、単純タッチ位置センサーとしての欠点を有しており、これらの試験は、湿度センサーとして音響反射性ポリマーアレーを用いる、または他の化学物質またはガス用の特異的センサーとして適当な条件下に用いる有用性を示している。
実施例８ｃのインク組成物を用いるセンセーは、実施例２ｂのインク組成物を用いるセンセーに類似していた。実施例８ｄの組成物を用いるセンサーは、劣った印刷性質故に試験できなかった。組成物８ｅを用いて形成したセンサーは、高い湿度において信号損失を示し、組成物２ｂと組成物８ｆおよび８ｇとの中間の信号損失であった。
実施例XI
従来技術の音響化学的センセーと比較して、本発明の化学的センサーは、ポリマーの音響特性への化学物質の影響に反応し、吸収される化学物質の質量に必ずしも関係しない。むしろ、音響効果は、音響波の経路内に置かれた要素の反射、吸収および／または発信特定の変化である。この効果は、塊吸収に線形的に関係せず、それにより、特に転移点近くで高い感受性が得られる。
さらに、本発明は、既知の塊感知技術または現在の反射率／吸収率／発信技術のような化学的感知システムと組み合わせて、化学的感受性ポリマーの領域を識別するためのタッチスクリーンシステムを空間的に分けて用いることにより多チャンネル化学的センサーを簡単に製造する態様も提供する。後者の場合、ポリマーを、反射製要素のアレーの形成のために用いる、または基板上にフィルムとして付着させることができる。
通常、音響化学的センセーは、センサーの表面へのガスまたは化学種の吸着に依存し、表面層の塊の変化を測定する音響波が刺激される。本発明の反射性要素は、反射体が小さい質量変化にはあまり敏感でないということにおいて、異なるタイプの感受性を有する。さらに、化学物質、例えば湿分の効果は、音響波と反射体との音響相互作用を変化させることであり、それにより樹脂変換器への信号反射が低下する。実施例ＩＸに見られた効果は、反射体による音響吸収率の増加であるが；音響波モードの相互変換および得られる非最適角での波伝搬（その後、正しく受信されない）にも関係すると考えられる。他の効果も起こり得る。
従って、本発明によれば、Tgのような特性の変化につながる、特定の化学種についての選択的吸収率を有するポリマーをセンサーとして用いることができる。そのような場合、システムは、通常、温度により調整される。システムの性質故に、多くの異なるポリマーを付着させることができ、所定範囲の感受性を有するセンサーが得られる。異なるポリマーは、受信変換器により受け取られるパルスからの特長的時間遅延により区別される。
また、本発明のセンセーシステムの空間的分離を、例えば、ガソリンまたは油と水とのような２つの不混和性流体の間の分割線のような水準ゲージとして用いることができる。異なる膨潤性を有し、そのために、炭化水素にさらされることによりガラス転移温度が水の場合と比較して変化するポリマーが良く知られている。従って、本システムは、そのようなポリマーから形成され、移動位置を決めるために混合流体のタンク内に浸される、複数組の反射性要素を含み得る。流体にさらされたポリマーは、高い吸収性を引き起こして膨潤し、この膨潤が、例えば、三次波のような水平分極せん断波により音響的に感知され得る。移動領域、および従って液体水準は、回帰信号中の減衰パターンの特徴的タイミングに基づいて決められる。
システムは、ポリマー層が基板上に付着される、より従来的な音響化学的センセースキーム（質量変化基準）としても用いることができる。すなわち、このシステムは、ポリマー層への局部的効果を空間的に決める、または特徴的時間遅延により特徴つけられる異なるポリマーを使用することを可能にする。
一部のＵＶ光硬化性ポリマーは、低い架橋度を有し、従って、化学的効果に感受性があることが予想される。これらのポリマーインクを用いるセンサーは、所定の範囲の環境効果に対して安定ではない。
実施例XII
この実施例は、高密度充填材として硫酸バリウム単独の使用を説明する。以下の硫酸バリウム充填UVインクを、1/8インク厚ガラス上に印刷してSAWタッチセンサーを製造した。この手順は、まず、x軸アレーを印刷し、それらを２J/cm2の割合で部分的に硬化させる。次に、y軸アレーを印刷し、両方のアレーを、UV源を一回通過させることにより11.5〜12.0J/cm2の割合での最終的硬化を行う。ガラスの出口温度は、Raytek IRガンで測定して97〜99℃であった。組成物を、下記表10に列挙する。３つのサンプルを印刷し硬化し、全てSAWタッチスクリーンに用いられるようにした。
0004158164.tif 000015
インクは印刷が容易で、優れた見た目のプリントになった。０〜10のスケールにおいて、０は最も悪く、10は最も良く、印刷性は９と、印刷品質は10と評価した。
以上の詳細な説明および実施例は、本発明の局面および実施例を説明するものであり、要素の他の可能の組み合わせまたは下位の組み合わせを制限すると解すべきでない。引用された従来技術および請求の範囲の関連局面を含む明細書全体を考慮すべきである。従って、本発明は、タッチセンサーシステムに用いる組成物、特に音響的反射性要素を刷新するようなシステムを説明することにより音響タッチスクリーンの分野を拡張するものである。実施例は、本発明の範囲を制限するものではなく、請求の範囲によってのみ本発明の範囲が決められる。
【図１】
0004158164.tif 000016