专利名称：：声反射器阵列的有机基质的制作方法
技术领域：
：本发明涉及与表面声波产生交互作用的声结构，其特别适用在声触摸传感器中的声反射器阵列。
背景技术：
：本文中所使用的“表面声波”(SAW)是指在其表面上的接触会造成可测量的声能衰减的声波。一般而言，涉及到雷利波或准雷利波(实际等效于真雷利波)，但也有可能涉及到其它类型的声波。SAW器件被用作触摸传感器、信号滤波器及其它应用使用。普通的触摸传感器设计具有两组换能器，每组具有不同的轴，分别与衬底定义的物理卡笛尔坐标系统的轴对齐。声脉冲或脉冲串由一个换能器产生，作为雷利波沿某一个轴传递，该轴与反射元件的阵列交叉，每个元件成45度角并对应于整数声波长而间隔。每个反射元件沿与该轴垂直的路径反射一部分波，其通过衬底的有源区至相对的阵列及换能器，其为第一个阵列及换能器的镜像。该镜像阵列中的换能器接收声波，其含有由两阵列的反射元件所反射的波的重叠部分，以反向平行指向发射脉冲。传感器有源区中的波路径具有特征延时，因此，任何由接触有源区的物体所衰减的波路径可通过确定复合折返波形的衰减时间来鉴别。提供的第二组阵列及换能器与第一组成直角，并以类似方式进行操作。因换能器的轴相当于衬底的物理卡笛尔坐标，所以回波的衰减时间表示了衬底上某一位置的卡笛尔坐标，坐标被顺序地确定，以便确定衰减物体的二维卡笛尔坐标位置。可以使用其它声触摸位置传感器设计。说明性设计公开在USRe33,151；US4,642,423；US4,644,100；US4,645,8870；US4,700,176；US4,746,914；US4,791,416；US4,825,212；US4,880,665；US5,072,427；US5,162,618；US5,177,327；US5,234,148；US5,260,521；US5,329,070；和US5,451,723；其所有内容均可在此作参考。由声脉冲所传递的最大声路径长度是有用的尺度，因为大部分材料如玻璃具有相对恒定的声功率损失(每单位长度的dB)路径长度越长，则衰减越大。在许多情况下，该衰减限制了触摸屏的设计。因此，通常具有高的声效率是最理想的。由此，例如，使用换能器的数量越多，就可使衬底越大，同样地，衬底越小，就会使声路径折叠，从而减少换能器的数量。最好是使反射与吸收率的比为最大，使足够的波能到达阵列的端部，同时反射足够的波能，以便进行可靠的触摸检测。通常，SAW的传递效率是通过波与脆性材料如玻璃的交互作用和避免各材料粘于其上而达到最大的。实际上，表面声波的无效传递是由于与环境效应的交互作用所致，其环境效应可通过测量因交互作用导致的信号损失来感测基于SAW的化学物质或湿度。目前市售声触摸屏典型地是由钠钙玻璃构成，并且其直接放置在显示装置如阴极射线管(CRT)的前面，将反射阵列放置在衬底的周围、有效感测区的外面并在荧光屏的下面加以隐藏和保护。每个反射元件通常可反射SAW功率的1％数量级，其消耗较小的量并使其余部分沿阵列的轴通过。因此，离发送换能器越近的阵列元件将会接收越多的入射声能量，并且反射的声能量越大。为了在接收换能器上提供均衡的声能，反射元件的间隔可随着距发送换能器的距离的增大而减小，或改变反射元件的声反射率，使得随着距发送换能器距离的增大使反射率增大。入射到反射器上的声束会产生传递(非反射)部分，反射部分，和吸收部分。最佳发射器材料是具有最小吸声的材料。更确切地说，最好是使反射功率与吸收功率的比最大，例如，通过调整所沉积的材料量。现有反射阵列通常是在钠钙玻璃衬底上凸起的玻璃料遮断的人字形图型。该遮断典型地具有声波长1％数量级下的高度或深度，因此，只有部分的声能反射。玻璃料，如来自加州Fremont，EloTouchSystems公司的触摸屏上的玻璃料，在这点上是接近最佳的。当其固化(熔化)时，会具有高机械品质因数或Q，其是衡量质量和无内部衰减的尺度，或更专业地说，其是共振频率与带宽的商。这会使反射器的声吸收最小。玻璃料通常可作为可印染的类凝胶浆料来提供，该浆料可丝网印刷到衬底上，并且通过高温(400℃以上)固化而转变为硬玻璃状物。带有该印制的反射器图型的衬底也必须经受同样的高温。因此，衬底的选择会受到限制回火玻璃在该固化温度下会失去其韧度，并且CRT面板玻璃由于CRT其他成分的热敏感性而不能使用。其他的限制就是重金属的存在，其由于存在例如在一些玻璃清洁剂中所发现的醋酸而浸出的潜在性，从而对健康产生潜在的危险。玻璃料的固化处理由于其设备、空间和时间要求而存在重要的成本问题。因此，最好是补充或代替玻璃料处理。聚合物要比玻璃具有更大的声吸收性，甚至是在触摸屏上淀积少量的聚合物便能够明显地使声衰减。因此，与玻璃料系统相比较，发送信号与最小可接受的接收信号振幅的比将小于聚合物，典型地对于14英寸触摸屏来说超过6dB。还有，许多聚合物为亲水性的。水分的吸收将导致与衬底玻璃的分层。然而，可使用环氧树脂作为声波吸收体，例如在US4,090,153；US4,510,410；US5,400,788；和US5,488,955中。还有值得注意的是US5,113,115和US5,138,215，其涉及的是未填充聚合物声反射器，其类似于在压电衬底上使用聚合物雷利波反射器，用以由有效声路径转移声束能。因此，聚合物声反射器特别适用于声触摸屏，其中衬底为回火玻璃、CRT面板、或类似不耐高温材料。然而，聚合物的使用存在严重的设计问题，其受限于聚合物(a)适当衬底的附着性；(b)吸音性；(c)到一定环境条件范围的机械稳定性；和(d)在一定环境条件范围内的声性能稳定性；和(e)用以制造成合格反射元件的方法可用性。这些因素已经证明非常复杂，现有系统仍要继续在钠钙玻璃衬底上使用玻璃料。发明的简要描述本发明提供一种用以感测在衬底中传送的声波的扰动系统，其中衬底具有有机基质(或聚合物树脂)形成阵列元件，用以沿声感测路径反射部分声波。固化树脂最好是热固化(热固性)树脂或紫外光固化树脂，尤其最好是热固性环氧树脂。树脂最好是在50℃以上250℃以下的温度下固化。在另一实施例中，聚合物最好是可化学地结合到衬底上。在进一步的实施例中，聚合物具有声特性，其在相对湿度(RH)在约10％-约60％之间、温度在约10℃和35℃之间下是稳定的。最好是，聚合物的稳定性延伸到该范围以外，如在约0℃和50℃之间的温度下0-60％的RH，最好是在约-20℃和60℃之间的温度下0-100％的RH，或在有溶剂、酸或碱的情况下保持短的时间周期。除了其吸声性以外，聚合物还具有其他潜在的重要特性。许多聚合物会受到气体、水分和其他化学物质的影响。当化学物质被聚合物吸收或吸附时，后者的物理特性会发生变化，其会改变与声波的交互作用。因此，声吸收/反射比会随着环境条件而改变，如RH和温度。两种潜在的影响可说明这些变化。第一，如水分的吸收会降低聚合物的密度并且改变其物理结构。第二，在聚合物基质中的水会增大聚合物的粘性并降低其玻璃转变温度(Tg)，从而导致声波的粘性衰减，或至少在吸音性方面发生变化。Tg是温度，聚合物的主要成分在该温度下将经受刚性、玻璃态到软性橡胶态之间的变化，并且涉及到成分的同一性以及交联度。Tg被认为是聚合物的声交互作用中重要的参数。精确值Tg取决于测量方法。这里，Tg是通过ASTME1640-94方法来测量的，以ASTMD618-95对试样进行预处理。聚合物的Tg最好是在约60℃以上，更好是在约120℃以上，并且最最好是在约170℃以上。反射元件必须具有发射率、吸收率和透射率的合适的平衡。如果声吸收与反射比太大的话，就不能构成适当的反射阵列，因为将不会有足够的信号到达触摸屏的端部。玻璃浆料具有约0.2dB/英寸。可以在0.8-5dB/英寸下测量在5.53MHz下的环氧树脂基浆料的SAW吸收。为了改进聚合物基浆料的发射率，其可用无机填料进行填充，以增加其密度。填充物最好是具有大于2.0g/cm3密度的粉末密致填充物，而其密度更好是大于4.0g/cm3。本发明的反射元件是声稀薄而十分有效的反射器。反射元件的发射率取决于其质量。所有其他情况相同的话，适当设计并定位元件将会具有较高的发射率与吸收率的比，如果其具有较大质量的话。与现有高温固化玻璃料成分相反，本发明的聚合物浆料可在200℃以下固化。(在200℃下，回火玻璃经过10000小时会失去1％的强度)最好是，聚合物紧密地交联，并且具有低的吸收性，例如最大3-5％重量，对于具有低交联度的亲水聚合物来说典型地为10％。低交联密度还会与在暴露于化学物中时降低耐溶胀性有关。由于高的吸湿性，聚合物的溶胀会使Tg改变，声特性改变(如，衰减增大)，和由于膨胀系数失配造成的机械应变和对聚合物基质的化学作用而可能失去对衬底的吸附性。已经发现，在原型触摸屏系统中，具有玻璃衬底和低Tg聚合物反射阵列的触摸屏的声特性是不稳定的，在热和湿条件下是不起作用的。该缺点在类似的高Tg聚合物反射阵列系统中是不存在的。本发明的聚合物反射器还可以可靠地粘接到比钠钙玻璃如硼硅玻璃低的温度膨胀系数的玻璃上。相反，在硼硅玻璃衬底上的焊接玻璃料比钠钙玻璃上相同料更容易用刮刀刮掉。在聚合物反射元件具有通常大于玻璃料的吸声性的同时，使用聚合物反射器还可将反射阵列直接设置在CRT监视器的面板上，其低吸声性补偿了增大的反射器损失。还有，低温处理技术使得可使用回火玻璃，或其他温度敏感衬底。按照本发明的最佳实施例提供了一种“直接置于管上”的触摸屏系统，其中CRT的面板可用作声触摸屏的衬底。该系统提供了许多优点。在各个部分上使整个系统的总成本降低了。这样消除了在典型触摸屏产品上最大的材料成本弯曲的钠钙玻璃衬底。降低了为腾出触摸屏的空间而要对CRT监视器进行机械再加工的成本。还有，所得产品具有较高的质量。通过消除来自钠钙玻璃表面的反射，使接收的CRT图象的质量明显地提高。目前，还没有制造技术用于使用玻璃料反射器“直接置于管上”(用于完整组装CRT)的实施例。环氧树脂材料，尤其是具有高交联度的环氧树脂材料，典型地可导致低于3dB的信号损失。测量表明，填充的紫外光固化浆料具有例如10dB高的声损失，其在一些情况下是可以被接受的。取代钠钙玻璃，在CRT面板玻璃上的声信号的传播可增加10dB以上的信号，如10-30dB，由此可以使用UV固化浆料。将无机材料加到聚合物浆料中可增大声发射率。而不会增大吸声性。三种通常的固化方法适用于环氧树脂(a)两部分热固性材料混合，其在混合后进行几分钟至几小时的固化；(b)紫外光固化环氧树脂，其在黑暗中是稳定的，还可在紫外光下固化；和(c)一部分热固性环氧树脂，其在室温下具有延长的库存寿命，而在升温时如140-250℃下将固化。紫外光固化聚合物对于低声损失衬底来说是最好的，如CRT面板玻璃。使用丙烯酸固化剂的其他组分也可是紫外光固化的，其可得到高交联结构。调整所需紫外光的光量是必要的，因为致密填充物的光阻碍效应。采用致密材料如无机成分加入聚合物浆料中可提供两个潜在的优点。其可降低为获得理想反射率所需的淀积反射器材料的高度。更重要的是，其可增大反射与吸收的比。发射率在很大程度上是通过加于衬底表面上的质量来确定的，也就是说，反射器高度乘以固化反射器材料的比重。聚合物典型地具有0.9-1.5gm/cm3范围内的比重。固化玻璃料具有约5.6gm/cm3的密度。对于相同的发射率来说，聚合物反射器的高度一定是玻璃料反射器的四至五倍。反射器材料的密度可增加，由此所需反射器的高度可降低，从而使反射器可以为几微米高和宽，以及0.5-2.0cm长。根据印刷方法，通过制造过程来降低反射器高度是有益的。对于所得反射器高度来说，可观察聚合物浆料的加入，以增大发射率而不增大吸收性。在调整阵列设计(较少反射器)和/或降低反射器高度以后，由于用于声触摸屏的反射器材料而减小了信号的损失。最好是，反射器的聚合物制成与衬底的化学接合。该化学接合可通过下列三种方法之一来实现第一，衬底可用一定处理剂进行预处理，使得可化学接合到表面，并提供官能元素用以与聚合物反应。一个实例就是用双官能硅烷剂对硅酸玻璃衬底进行预处理。第二，聚合物可包括一种成分，其可形成与衬底的稳定连接，并且其可为聚合物的整体部分。一个实例是将双官能硅烷剂，如环氧树脂硅烷，添加到整个聚合物基质中，以便粘接到硅酸玻璃衬底上。第三，聚合物本身可接合到衬底表面上，以便在固化以后形成平滑的转变。一个实例是将某种相容性材料用于反射阵列和衬底，如在聚合物衬底上的聚合物反射阵列。在后一种情况下，如果衬底包含官能化表面的话，例如，如果各成分不以严格的化学计量关系的话，可改善粘接于衬底上的印制阵列。值得注意的是，阵列材料可与衬底相同或不同，实际上可使用完全不同的化学性质。还可以使用一种或多种将聚合物阵列化学接合到衬底上的方法，例如，可对衬底进行预处理，并且使用包含官能接合剂的聚合物组成。为了产生可化学接合的官能团，等离子、电晕、和火焰处理也是用以对聚合物表面进行预处理的公知方法。聚合物可以以各种方式提供给所需触摸屏图型中。优选方法是丝网印刷法(丝网印刷)。可使用压印，其中浆料粘度和触变性会妨碍丝网印刷。压印对于在高弯曲半径表面上印刷也是理想的，如在CRT面板的边缘上。按照本发明的再一目的就是提供一种接触传感器系统，其包括能够传播声波的衬底，用以由衬底接收声波的换能器，和在衬底上制成的反射阵列，反射阵列具有许多反射元件，每个反射元件可反射一部分入射声波到换能器，反射阵列包括有机基质，使得在受控气候中所遇到的通常条件范围内，如在0-35℃温度范围内10％-60％RH，在RH和温度改变情况下，通过换能器可产生基本不变的信号。特别是，可操作范围可延伸到0℃和50℃之间、和0％-100％湿度范围内。最好是，在形成以后，可使有机基质化学接合或与衬底化学连接，而不会使界面弱化或变脆。本发明还一个目的是提供一种传感器系统，其包括能够传播声波的衬底；和在其上形成的反射阵列，反射阵列具有许多元件；每个元件与一部分入射声波交互作用，反射阵列包括有机基质，有机基质在形成以后可选择地吸收化学物质并且改变与入射声波的交互作用，使得化学物质的浓度根据交换作用的改变来确定。化学物质可以是气体。如果声波的传播型式与衬底表面上液体存在与否相对不敏感的话，如水平极化剪切波(零或更高级)，那么化学物质可以象液体一样存在(或溶解在液体中)。本发明的再一个目的是提供一种传感器系统，其包括能够传播表面声波的衬底；在其上形成的反射阵列，反射阵列具有许多元件，每个元件可反射一部分入射声波；换能器，其可接收反射部分的声波；和具有可选择吸收化学物质的聚合物，其可淀积在衬底上，聚合物对化学物质吸收的改变导致了聚合物声特性的改变，该变化可通过由换能器所接收的声信号的特征时间(或时间变化)来表示。附图的简要说明图1表示声触摸屏系统，其具有在衬底上所形成的聚合物反射元件。发明的详细说明图1表示典型的触摸屏设计，其中反射元件5，6，7，8的阵列可形成在衬底12。这些反射阵列可由带有致密填充物的有机基质制成。在所示实施例中，各个传送2，4与接收1，3换能器可提供给每个轴。由有限期限脉冲列组成的声波可通过X发送换能器2发射。各部分声波可通过X轴发送反射元件阵列6的每个反射元件反射，随着X声路感测接触10与接触位置9的相交，导致在该路径上传送声波的衰减。声波的反射部分会达到X轴接收反射元件阵列5，并且改向X轴接收换能器1。同样地，由有限期间脉冲列组成的声波可通过Y传送换能器4发射。各部分声波可通过Y轴传送反射元件阵列8的每个反射元件反射，随着Y声路感测接触11与接触位置9的相交，导致在该路径上传送声波的衰减。声波的反射部分会达到Y轴接收反射元件阵列7，并且改向Y轴接收换能器3。反射强度可通过改变反射器间隔或反射器高度或二者来加以调整，用以使由传送换能器到接收换能器每个声路上的信号强度标准化。如果最初反射器反射或吸收太多的波能的话，衬底末端部分将不具有足够的声能，并且将对接触不敏感。通过平衡不同波路的波能，可获得衬底各部分的同等信号与噪声比。材料有机基质可包括可固化树脂，其选自环氧树脂，氰酸酯树脂，聚酯树脂，酚树脂，双马来酰亚胺树脂和其组合物组成的组中。在这里，术语环氧树脂表示可固化成分，其包括二聚物，低聚物，或聚合环氧树脂材料，如由双酚A、或双酚F或其他酚化合物与表氯醇反应所得的树脂。实例包括PY-307-1双酚F环氧树脂(Ciba特殊化学公司(“CSCC”))，低粘度高官能度环氧树脂，其具有2.3的官能度和30-50,000cps粘度；PY-306双酚F环氧树脂单体(CSCC)，其具有1200-1800cps的粘度，具有2.0的官能度(双酚F树脂对于其低粘度和耐结晶性是公知的)；Epon825，是来自Shell化学公司(“Shell”)的双酚A环氧树脂单体，其具有低粘度为4-6000cps，以及2.0的官能度；和Epon862，双酚F环氧树脂，来自Shell公司，其具有低粘度为3000-4500cps以及2.0的官能度，以及DER732，其来自Dow化学公司，为低粘度(55-100cps)柔软环氧树脂。环氧树脂可以热或紫外线固化。可使用常用固化剂，所提供的固化时间要足够长，以便印制触摸屏阵列。优选固化剂是潜在催化剂，其在室温下可提供几个月的库存寿命。固化剂实例包括AmicureCG-1200，其来自Air产品公司，含有纯粉末状二氰化二酰胺，其具有约10μm的粒径；尿素型催化剂，如3-苯-1，1-二甲基尿素，和3-(4-氯苯基-)1，1-二甲基尿素；咪唑催化剂，如2-苯基咪唑，2-苯基-4-甲基咪唑，2-七-癸基咪唑，和2-苯基-4，5-二羟甲基咪唑(Curazol2-PHZ，Air产品公司)。咪唑催化剂典型地可单独使用，或作为促进剂与二氰化二酰胺一起加速固化。其他适用的固化剂是来自Ajinomoto的LandecXE-7004，Ancamine2337XS，Aricamine2014或AjicurePN-23，AjicureMY24，或AjicureMY-H。可替换地，还可使用紫外线活化的固化剂，如来自UnionCarbide公司的CycureUVI-6974(三芳基锍六氟化锑酸盐的混合物)。氰酸酯树脂为双酚A二氰酸酯，其可以以若干等级由CSCC获得，其包括ArocyB-30，中等粘度树脂。氰酸酯树脂可以不用催化剂进行交联，而借助催化剂可使反应加快并可在低温下进行。适用的催化剂包括可溶性金属羧酸盐(环烷酸盐和辛酸盐)，或具有活性氢化物(烷基-酚或高沸点的醇)的金属乙酰丙酮化物，如环烷酸锌，环烷酸钴，或具有壬基苯酚的乙酰丙酮化钴。氰酸酯树脂也与环氧树脂共同固化。CSCC也可提供具有低水分吸收的M系列氰酸酯树脂(四邻-甲基双酚F二氰酸酯)和第三系列树脂，其基于具有低吸水性和阻燃性的六氟双酚A二氰酸酯(F系列树脂)。这些树脂可以在Tg达到230-290℃时固化。双马来酰亚胺树脂可通过CSCC，Shell和其他来源得到。例如，Matrimid5292树脂系统可通过CSCC得到，其由组分A(4，4′-双马来酰亚胺二苯基甲烷)和组分B(o，o′-二烯丙基双酚A)组成。其可以以100/85的比例混合，并可在177，200和250℃下固化。所得Tg取决于固化时间和温度。在200-310℃范围内的Tg是可能的。为制造反射元件在配制该聚合物系统中，可将填充物和硅烷添加到浆料配方中。苯并恶嗪树脂是可固化树脂，其在交联时产生酚醛树脂。衬底最好包括硅质组分，即玻璃，如钠钙玻璃，硼硅酸玻璃，或CRT面板玻璃，或石英。玻璃可进行回火，层压，如安全玻璃，和/或相对较厚，如大于约1cm厚。为了在硅质衬底与有机基质之间提供化学接合，衬底在形成反射元件阵列之前可用硅烷成分进行处理，和/或有机基质可包含有硅烷成分。这些硅烷成分最好是具有许多官能团。在这些情况下，硅烷的一半与硅酸成分交互作用形成接合，而另一半官能团则进入有机基质，将反射元件化学粘接到衬底上，可替换地，有机基质还可在衬底表面上反应，以形成化学接合或连续相，而无弱界面层。适用于有机基质/聚合物树脂的粉末致密填充物包括钨金属，重金属盐如硫酸钡和硫化锌，银金属，硅石(二氧化硅)，碳酸钙，三氧化钨，碳化钨，氧化铅，氧化锌，其他金属和金属氧化物等。填充物可以单独使用或组合使用。可使用玻璃料(铅和锌氧化物)，而最好是使用具有环保的填充物。填充物最好是增大聚合物的抗拉强度以及未固化浆料的触变作用。因此，最好是填充物具有这些机械作用以及增大聚合物的密度。优选填充物具有约4gm/cm3以上的密度，而具有高于上述聚合物树脂密度的较低密度填充物也是可用的。特别适用的填充物提供如下。钨粉末由OsramSylvania制成(等级M-55，5.2±0.5μm粒径或等级M-20，1.25±0.15μm粒径)，并且可通过亚特兰大设备工程公司获得。优选致密填充物是硫酸钡和硫化锌的共沉淀物，其可作为LithoponeTM70/30由SachtlebenChemie(70％的硫酸钡和30％的硫化锌)公司获得，其具有小于1μm的平均粒径和约4.2gm/cm3的密度。另一优选填充物是单独硫酸钡，或是基本由硫酸钡组成的填充物。另一有用的添加剂是表面活性剂，如FC-430，其来自3M(碳氟表面活性剂，其在制造被烃污染的玻璃表面时以环氧湿润是十分有用的)。可添加Cab-O-SilTS-720，即煅制二氧化硅，以增加触变作用。用以使聚合物与硅质衬底化学接合的耦联剂可以是硅烷耦联剂如N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷，3-缩水甘油氧-丙基三甲氧基硅烷，和3-甲基丙烯氧丙基三甲氧基硅烷。例1使用几乎相同的应用过程来比较具有近似匹配粘度的玻璃料浆料和聚合物浆料的印刷特性。使用流变粘度计，在100-0.08弧度/秒的频率下分别测量两批玻璃料浆料的粘度在15-2000泊粘度范围。为了适应该粘度，可使用相对低粘度的环氧树脂。发明人相信，高交联密度对于降低聚合物的声吸收性和对环境影响的敏感性是理想的。为了实现该效果，他们选择了环氧树脂系统(PY-306和Epon825)，采用二氰化二酰胺固化剂和咪唑促进剂(Curazol2-PHZ)。所得聚合物浆料配方在约165℃温度下(以每分钟7.5℃环境温度的升温速率)开始固化，如粘度急剧增加所示。由于其潜在因素，还可选择固化剂/促进剂的组合，如果未稀释的话所期望的库存时间为一年，而如果用溶剂稀释的话库存时间为3-9月。即使在40℃下的加速老化试验中，在一个月以后观察到的粘度变化也是很小的。由于玻璃料的密度为5.6gm/cm3，并且聚合物树脂具有约0.9-1.5gm/cm3的基本密度，最好是通过添加致密填充物来增加聚合物树脂的有效密度。所获得的六种配方，如表1所示。>将具有致密反射阵列图型的试验屏丝网印刷在钠钙玻璃衬底上。试验屏印刷包括若干大面积试验图型。这些大面积周密图型会产生丝网印刷与衬底之间的附着问题，其在正常反射阵列印刷中是不易看到的，例如由于聚合物的表面缺陷造成的。该问题对于后续印刷会更加明显。人们会发现，粘合可以通过添加溶剂或稀释剂、用如异丙醇擦拭印刷之间的丝网版底部、和分接玻璃板控制浆料的粘度来降低。适用的稀释剂包括2-甲氧基乙基醚(2-MEE)，乳酸乙酯，和硅烷添加剂，其稀释比可改变，用以得出添加剂类型对粘度和触变性的效果。适用于玻璃衬底的清洁剂是Sun-Up清洁剂(加州，洛杉矶，Bell工业公司)，其含有水、异丙醇、氨、月桂基醚硫酸钠、和2-丁氧基乙醇。这些环氧树脂配方可在带式干燥烘箱中固化，其可调整以得到185℃的峰值温度和30分钟的总滞留时间，其在125℃温度以上的总时间周期为约18分钟。衬底在固化期间具有约RT至185℃的温度范围。除了例1a(临界解析度)以外，表1所列配方可提供必要的印刷解析度，用以制造反射阵列如图1中所示。由于在试验印制中大的表面积图型，其不是图1所示的反射器阵列的特性，实例1b，其为非稀释的，衬底可熟练地粘接到屏幕的底部，其可以添加溶剂至配方中而降低粘度，如例1c。例1c可用5％2-MEE来稀释，以制成高质量印刷产品(采用8％2-MEE，粘度太低以至于不能很好地印制)。例1d具有比例1c浓度高的填充物，使其较厚。例1d可用5％2-MEE进行稀释并且制成高质量的印刷试样。当用8％2-MEE进行稀释时，其粘度太低以致无法很好地印制。例1e可用1％2-MEE进行稀释，并且具有平整的印制质量，当印制试验图型时，在衬底与印制丝网之间具有一定的附着性。当其采用2％2-MEE进行稀释时，所得混合物太薄以致于无法很好地印制。例1f可用2％2-MEE进行稀释，从而得到理想的粘度。在进行试验印制时，玻璃可以很容易地与印制丝网分离。表2表示例1a-1f环氧树脂基浆料的衰减和反射率的数据，其是在钠钙玻璃上，并且可与固化玻璃料进行比较。*未获得采用未加装(未填充)例1a配方所制造的反射阵列证明是非常不足的反射器，对其进行反射率测量是困难的。这造成印制质量较差以及未填充聚合物反射器的低产量。例1b-1d的反射阵列含有LithponeTM填充物，其具有与由玻璃料(表2的最后列)所制造的反射阵列类似的反射特性。当例1b-1d的衰减数值明显大于玻璃料时，其仍可制成足够小，用以支持触摸屏的设计，其中由于使用这些聚合物反射器材料使信号损失小于6分贝。例1e和1f为填充钨的配方。它们具有最高的质量密度(表1)，并且还具有最高的反射率(表2)。例1e和1f测量的反射率要比玻璃料还高。这很大程度上是由于玻璃料的固化高度约为印制高度的1/3，同时固化高度近似等于热固性环氧树脂配方的印制高度的缘故。由于衰减测量中的制造物，对于例1e-1f所加入的钨不能直接地对吸收性进行测量。由于对于表1中的所有配方来说聚合物基质是相同的，因此预计所有配方具有相同的吸收性，并且因此预计例1e和1f具最佳的反射率与吸收性的比。例2根据例1的结果，可将例1的配方用作范例，但通过添加硅烷耦联剂增加粘度和添加表面活性剂FC-430改善湿度而进行改进。还可以改变环氧树脂，以增加交联密度。由于所得重新配方的环氧树脂，使例2b粘度较高，可添加乳酸乙酯溶剂(出于对健康危害性的原因而不选择2-MEE)用以降低粘度。所添加的硅烷还起着稀释剂的作用。表3表示例2a-2d的组成。<p>例2a可用3％的乳酸乙酯进行稀释并制成良好质量的试验图型印刷，但具有一定的粘性。然后用4％的乳酸乙酯进行稀释，可制成良好质量的印刷，其粘性大大降低。添加4％乳酸乙酯(总计6.1％重量)的例2b可进行适当的印刷。具有钨和LithoponeTM填充物的混合物的例2c可与2％的环氧硅烷(总计3.64％重量)进行混合。该配方不会粘到印刷丝网上，并且具有优良的试验印刷性。例2d是很粘的并具有粘性，因为其含有较高分子量的环氧树脂。当其采用3％环氧硅烷和6％乳酸乙酯(总计4.22％环氧硅烷和11.28％乳酸乙酯)的混合物进行稀释时，可获得优良的试验印刷结果。以9％乳酸乙酯进行稀释的例2d也可获得优良的试验印刷。例2的配方表明了发明的配方灵活性，其可采用选择的制造方法来调整到最佳的适用性。可收集声数据用以检验，该调整没有不适当地改变浆料的反射和吸收特性，并且获得可接受的声音性能。例3该例说明用于触摸屏的实际反射器图型的印刷。例2b可添加4％的乳酸乙酯用于印刷。玻璃板为钠钙玻璃，25.4×31.75cm(10×12.5英寸，“大尺寸”)或19.05×27.94cm(7.5×11英寸，“小尺寸”)，并使用设计用于小尺寸玻璃的掩模进行印刷。在印制触摸屏图型中，会发现，在这种情况下，没有必要擦拭印刷之间屏的下侧或取下玻璃板。相信，这是因为相对于试验印刷的区域较小的原因。还有，印刷速度与玻璃料一样快，其多于每分钟一次印刷。两个触摸屏可通过将较小的屏加以组装，其一个是在一块小尺寸玻璃上而另一个在一块较大尺寸玻璃上。二者均具有可接受信号，并且可制成全功能雷利波触摸屏，其功能类似于Elo触摸屏系统型号为E284A-693触摸屏，其使用EloIntellitouch控制器，型号为E281-2300。例4印制一组触摸屏图型，用以试验在小尺寸玻璃衬底上环氧树脂基浆料配方的环境试验，并且试图在1.27cm(0.5英寸)厚的回火玻璃上进行印制和固化。对于例2b来说，可添加4％的环氧硅烷(总计6.1％重量)。在标准钠钙玻璃上印刷三次。对于例2c来说，可添加2％环氧硅烷(总计3.64％重量)。在标准钠钙玻璃上印刷三次。两种浆料的所有印刷均具有优异的质量。添加了4％环氧硅烷的例2b可印刷在四个1.27cm(0.5英寸)厚回火玻璃板上，并使第一个通过传送带式烘炉。监视该第一个接触传感器，以便确定是否厚玻璃足够热以固化环氧树脂而不会使其因冷却过程中的热应力而导致破裂。该信息是以40块玻璃成功先导试车为基础的，其中无玻璃因热应力而破裂的。其余三个试样则在室温烘炉中固化并在100℃下固化45分钟，然后在133℃固化30分钟，然后在166℃下固化30分钟，最后在200℃下固化15分钟。然后将烘炉关掉，并进行冷却。使用例2b环氧树脂浆料反射器在标准钠钙玻璃和0.5英寸厚回火玻璃上制成的触摸屏被发现可形成全功能的触摸屏。例5采用例2b浆料的小尺寸触摸屏通过在环境室中-25℃至65℃之间的循环下经受35天来进行环境稳定性试验。湿度可由环境湿度变为60％RH。峰值条件为在65℃下的60％RH。触摸屏保持在循环过程中及以后的作用。x和y轴波形可在环境循环以及不明显变化或小变化的过程中在-20℃下、室温下(“RT”，约23℃)、50℃和65℃下进行测量。例6理论上，声音浆料应当具有优良的耐各种溶剂和玻璃清洁剂性，并且应当保持与玻璃衬底的良好接合。玻璃料反射器具有的一个缺点在于，它们会溶解在醋中。可在室温、40℃和60℃下测量若干环氧树脂浆料配方的耐各种溶剂性。在钠钙玻璃滑片上可涂覆并固化0.0254mm(1密尔)厚浆料层。玻璃滑片可浸渍在试验液体中，并且屡次粘于所测量的玻璃滑片上。试验标准是，在浸渍以后，浆料在用刮刀刮去时表现出无脱落现象。除了上面详述的配方以外，两种新的例子6a和6b，其列于表4中，可经受试验。例6a添加了3％的硅烷，因其与例2b几乎相同的配方，所以其最相关，其是优选配方。在表5中提供了试验结果。列“在玻璃上的硅烷”表示在沉积环氧树脂之前玻璃是否用硅烷试剂进行了处理。栏“在环氧树脂中的硅烷”表示是否将硅烷添加到了环氧树脂配方中。栏“温度(℃)”表示试验温度。“溶剂或环境”栏表示试样所经受的环境，以括号表示失效的天数。数字之后的加号(+)标记表示试样经过该天数以后未失效，并且试验随后中断。</tables>例7测量印制并固化玻璃料和若干环氧树脂浆料反射器的高度。由这些测量，可在1/6试验图型中选择20个反射器高度。1/6图型是一种反射器宽度为约声波长的一半而相互反射器间隙约为51/2声波长的图型。其结果示于表6中。表6表示对于LithoponeTM填充配方来说(例1d，2a，和2b)，玻璃料约4-7微米高，而环氧树脂浆料反射器约12-17微米高。如果在布图下的面积被积分并且计算各个反射器的体积的话，反射器的重量可通过其密度来加以确定。表7表示例2B的环氧树脂浆料和玻璃料反射器具有基本相同的重量。例8为了确定聚合物Tg的效果，使用具有不同交联度的环氧树脂进行研究，因此可研究出Tg的影响。人们相信，不理想的高吸收性与环氧树脂黏合剂的低Tg和低模量有关，而理想的低吸收性与环氧树脂粘合剂的高Tg和高模量有关。因此，可使表8所示的一系列浆料配方例2b和8a-8k改变环氧树脂模量，使其由刚性变为具有弹性。具有较大弹性的配方是8e，8f和8g。另一方面，三个配方8a，8j和8k，当其固化时会获得具有高Tg的很刚性的树脂。两个配方8b和8i具有较高填充物装填。例8i与例8e相比表现出填料增加的效果。例8h包括不同的固化剂，LANDECXE-7004，其允许在低温下固化。<p>+对于高反射浆料来说并未对印刷阵列图型加以优化，因此，不足的信号到达远离换能器反射阵列部分。例8b和例8i的配方显示出高信号强度和反射率。<<p>+对于高反射浆料来说并未对印刷阵列图型加以优化，因此，不足的信号到达远离换能器反射阵列部分。例8b和例8i的配方显示出高信号强度和反射率。将例2b和8a-k的配方印刷在小尺寸钠钙玻璃上，对该尺寸进行触摸屏图型优化，并且制成触摸屏。也将例2b，8a，8j和8k的配方印刷在大尺寸玻璃衬底上，以及相当大的印刷屏幕上，并且制成触摸屏。将所有配方通过在高达190℃的温度下约30分钟的固化周期进行固化。由在小尺寸玻璃上所印刷的例2b配方制成的两个触摸屏在200℃下1小时随着所有例8j配方的触摸屏而后固化。除了例8d的配方具有较差的印刷质量以外，具有柔软、低模量环氧树脂黏合剂的所有配方均可在环境条件下制成优良的触摸屏。当例8f和8g的配方制成可接受触摸屏时，其在干燥的特定条件下起作用，这些触摸屏会对水分极其敏感，并且在50℃和60％RH下较短时间以后便会失去作用。例8k是一种具有250℃以上Tg的很刚性的树脂。印刷会具有较差的质量，很可能是由于不足的触摸屏性能的原因。具有高填充物装载的例8b和8i具有所期望的高反射率，并且具有优异的反射率与吸收的比。所采用的屏幕图型对于这些配方来说未加以优化，因此，试验屏幕会部分地作用。如果将反射器阵列设计加以优化以便使其具有更高的密度的话，这些配方很可能会制成优异的触摸屏。具有LANDEC固化剂的例8h也不能制成优良的触摸屏。其原因还未知，但是其由于LANDEC固化剂将会具有较差的印刷质量或高吸收性。例2b(标准固化)和例8j可制成较大尺寸的优良触摸屏，而例8k在制成较大尺寸时较差。例8a可制成一个较大尺寸的优良触摸屏，和两个较差的触摸屏。例9该例说明触摸屏的制备，其触摸屏具有反射元件，其由双马来酰亚胺、氰酸酯或紫外线固化环氧树脂制成。由三种类型的树脂的每一种制成的浆料(在下列的表9中列出了详细的组分信息)可涂覆在7×9英寸触摸屏上(每个配方两个屏幕)。将每个浆料涂覆好，但要使浆料9b明显地厚一些。在所有三个实例中，可使用环氧硅烷耦联剂，用以将聚合物(即，反射元件)粘接到玻璃上。a来自Ciba的环脂族环氧树脂(3，4-环氧环己甲基-3，4-环氧基环己烷羧酸酯)b粉末(1.25微米)c来自美国硅石的二氧化硅(5微米)d计算假设溶剂完全蒸发由氰酸酯和紫外线固化环氧树脂所制成的触摸屏表现令人满意。然而，由双马来酰亚胺树脂所制成的触摸屏由于无信号而告失败。失败的装置用显微镜观察发现，反射器元件发泡。很明显，具有高溶剂含量并包含高沸点的配方不会足够干，因此在固化过程中会发泡。相信，如果足够干燥的话，其将会制成令人满意的触摸屏。例10为了便于理解浆料配方在声特性方面的影响，可在50℃和60％RH的试验条件下对触摸屏进行测量。可用例8c，8e，8f和8g的配方印刷触摸屏，其DowDER732/CibaPY307的比可由15/85至80/20改变(标准配方具有100％PY307)。具有较多DER732的配方具有较低交联密度，并且应吸收更多的水分，很可能导致在声性能上以湿度为基准的变化。在50℃和60％RH下的环境室中三天以后，会看到例8c触摸屏波形信号类似于使用例2b配方的触摸屏的信号，即它们实质上未受影响。相反，由例8f和8g配方所制成的触摸屏则显示出明显的信号损失。在环境室外仅30分钟以后，例8g触摸屏会恢复几乎所有原始信号，并且在将其放回室中以后30分钟，其还会明显地出现信号损失。因此，当使用例8f和8g配方的系统作为简单接触位置传感器会具有不足时，这些试验说明，可将声反射聚合物阵列用作湿度传感器，或在适当条件下，用作其他化学产物或气体的特定传感器。使用例8c浆料配方的传感器类似于使用例2b浆料配方的传感器。二者均对湿度不敏感。使用例8d配方的传感器由于较差的印刷质量而不能进行试验。使用例8e配方所制成的传感器在湿度升高下会有一些信号损失，并且信号损失介于配方2b和配方8f和8g之间。例11与现有技术的声化学传感器相比，按照本发明的化学传感器在聚合物的声特性方面响应于化学效应，并且没有必要涉及所吸收化学产物的量。相反，声效果可在声波路径上改变元件的反射、吸收和/或传输特性。该效应非线性地涉及质量吸收，从而具有高敏感性，尤其是靠近转变点处。还有，本发明还提供一实施例，其可通过使用触摸屏系统的空间分辨率来分辨化学敏感聚合物的各区域，结合化学传感器系统，如公知的质量传感技术或现有的反射率/吸收率/传输率技术，以简化多通道化学传感器的生产。在后一种情况下，可使用聚合物用以在衬底上形成反射元件阵列或淀积成膜。通常，声化学传感器依赖于传感器表面对气体或化学物质的吸收，并且激励声波，该声波可测量表面层质量的变化。本发明的反射元件具有不同类型的敏感性，其在于反射器对质量的小变化具有相对不敏感性。相反，化学效应例如湿度，会改变波与反射器的声交互作用，由此导致减小的信号反射到接收换能器上。人们相信，在例9中所注意到的效应通过反射器可增加声吸收性，然而，其还涉及到声波模式的相互转换，并且会以非优化角进行波的传播，然后使其不适当地接收。其他效应也会出现。因此，对一些化学产物具有选择吸收性的聚合物可导致性能上的改变，如Tg，按照本发明，其可用作传感器。在该情况下，系统通常会进行温度补偿。由于系统本身的特性，可淀积许多不同的聚合物，使其可提供一定范围敏感性的传感器。不同的聚合物可通过由接收换能器所接收脉冲的特征时间延迟来加以分辨。可替换地，本发明传感器系统的空间分辨率可用作水准仪，如两种不能互混液体之间的分界线，如汽油或油和水。聚合物是众所周知的，其随着玻璃转变温度的变化而具有不同的溶胀性，因为与水相比其暴露于碳氢化合物中。因此，本系统可包括若干组反射元件，其可由聚合物制成，其可浸于混合液体的容器中，用以确定转变的位置。暴露于液体中的聚合物会产生较高的吸收性，并将溶胀，并且该溶胀通过如水平极化剪切波即第三级波而传感声音。因此，可根据返回信号的衰减图型的特征时间来确定转变区域，亦即液面。系统还可用作较传统的声化学传感器计划(以质量变化为基础)，其是将聚合物层淀积在衬底上。因此该系统可空间确定聚合物层上的定位效应，或不同聚合物的使用，其可通过特征时间延迟来加以分辨。一些紫外线光固化的聚合物具有低的交联度，因此其易受化学效应的影响。使用这些聚合物浆料的传感器对于一定范围的环境影响将不会稳定。例12该例说明只将硫酸钡用作致密填充物的情况。将以下的硫酸钡填充到紫外线固化浆料中，将其印刷在1/8英寸厚玻璃上，以制成SAW触摸屏。其步骤是首先印制x轴阵列，并且在2J/cm2的设定下将其部分地固化。然后，印制y轴阵列，并使二者单程通过紫外线光源进行11.5-12.0J/cm2的最终固化。玻璃的出口温度用RaytekIR枪进行测量为97-99℃。表10中列出了配方。可将三个试样加以印刷并固化，均可制成可接受的SAW触摸屏。<>该浆料可以很容易地进行印刷，并且可得到完美的外形的印刷。按0-10的尺度，其中0是最差的而10是最好的，其印刷能力可达到9，而其印刷质量可达到10。上面详细的描述和实例用于说明本发明的各个方面，其不应作为对其他可能的元件组合或变形的限制。按照整个说明书的观点来说，本发明还可这样来构成，其包括所引用现有技术和权利要求的各个方面。因此，本发明通过描述该系统可扩展到声触摸屏领域，其中该系统可改革组成，以便用于制造接触传感器系统，尤其是声反射元件。各实例的构成不作为对本发明保护范围的限制，其仅通过后续权利要求来适当地加以限定。权利要求1.一种接触传感器系统，其包括(a)衬底，其能够传播声波；(b)反射阵列，其形成在所述衬底上并具有许多反射元件，每个反射元件可反射一部分入射声波，所述反射阵列包括有机基质，所述有机基质在形成以后可化学地粘接到所述衬底上。2.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述有机基质包括可固化树脂。3.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述有机基质包括可热固化树脂，其具有低于约250℃的热固化初始温度。4.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述有机基质包括紫外线可固化树脂。5.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述有机基质包括聚合物，其包含选自环氧树脂、氰酸酯树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂及其组合物组成的组中的可固化成分。6.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述有机基质包括具有大于约120℃玻璃转变温度的聚合物。7.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述有机基质包括(a)具有大于约1.7官能团的聚合物树脂，其包含一种或多种组分，该组分具有选自由环氧树脂、氰酸酯、聚酯、酚醛、和双马来酰亚胺组成的组中的官能团；(b)热固性固化剂，其能够在低于约250℃的温度下使所述树脂开始固化；和(c)硅烷成分，其具有硅烷官能团和其他官能团，该官能团能够共价接合所述聚合物树脂。8.按照权利要求7的接触传感器系统，其进一步包括表面活性剂，其能够将玻璃弄湿。9.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述反射元件进一步包括分散在所述有机基质中的致密填充物，该填充物具有大于4.0g/cm3的密度。10.按照权利要求9的接触传感器系统，其中所述致密填充物选自由粉末钨、三氧化钨、碳化钨、碳酸钙、氧化铅、氧化锌、硫酸钡、硫化锌、二氧化硅、和其组合物组成的组中。11.按照权利要求9的接触传感器系统，其中所述致密填充物包括硫酸钡和硫化锌的共沉淀物。12.按照权利要求9的接触传感器系统，其中所述致密填充物实质上包括硫酸钡。13.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述衬底包括硅质成分，其中所述硅质成分在其上形成所述反射阵列之前是用硅烷成分进行处理的。14.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述衬底包括硅质成分，并且所述有机基质进一步包括硅烷成分。15.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述有机基质可印刷在所述衬底上。16.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述衬底包括回火玻璃。17.按照权利要求1的接触传感器系统，其中所述衬底是阴极射线管的面板。18.按照权利要求1的接触传感器系统，其进一步包括(i)换能器，用以接收来自所述衬底的声波；(ii)每个所述反射阵列元件可将一部分所述声波向所述换能器反射，使得在50℃温度下10％和60％RH湿度之间改变的条件下，相应的信号基本上通过所述换能器而产生。19.一种接触传感器，其包括(a)衬底，其能够传播声波；和(b)在所述衬底上所形成的反射阵列，所述反射阵列具有许多反射元件，每个反射元件可反射一部分入射表面声波，所述反射阵列包括有机基质，所述有机基质为热固性聚合物，其可在约50℃以上和约250℃以下的温度下固化。20.一种化学传感器系统，其包括(a)衬底，其能够传播声波；和(b)在所述衬底上所形成的反射阵列，所述反射阵列具有许多反射元件，每个元件可与一部分入射声波相互作用，所述反射阵列包括有机基质，所述有机基质在形成以后可选择地吸收化学产物并可改变与入射声波的所述相互作用，使得化学产物的浓度可根据所述相互作用的所述改变而加以确定。21.按照权利要求20的化学传感器，其中所述化学产物以气体的形式存在。22.按照权利要求20的化学传感器，其中所述化学产物可作为液体存在或溶解在液体中。23.一种用以传感化学产物的传感器系统，其包括(a)衬底，其能够传播表面声波；(b)形成在所述衬底上的反射阵列，所述反射阵列具有许多元件，所述元件可反射一部分入射声波；(c)换能器，其可接收声波的反射部分；和(d)聚合物，其具有对化学产物的选择吸收性，其淀积在所述衬底上，通过所述聚合物导致所述聚合物的声波特性的改变而改变化学产物的吸收性，聚合物声特性的改变位置可通过由所述换能器所接收的声信号的特征时间来表示。全文摘要接触传感器系统,其包括衬底(12),其能够传播表面声波;和在所述衬底上所形成的反射元件阵列(5,6,7,8),所述反射阵列具有许多反射元件,每个反射元件可反射一部分入射表面声波。反射阵列可由有机基质制成。有机基质最好是可化学粘接到衬底上,并且最好是热固性树脂。所得反射阵列最好是在约0—50°之间的温度下和0%和60%RH之间水分中改变的情况下保持稳定。有机基质还可用作为湿度或化学传感器。文档编号G06F3/043GK1260892SQ98804407公开日2000年7月19日申请日期1998年4月9日优先权日1997年4月24日发明者J·A·林德,B·G·马修申请人:泰科电子有限公司