KR100468981B1

KR100468981B1 - 음향 반사 어레이용 유기 매트릭스

Info

Publication number: KR100468981B1
Application number: KR10-1999-7009829A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에이. 린드; 베리 씨. 매튜
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2005-01-31
Also published as: JP2002501641A; DE69832801T2; ATE313121T1; TW434513B; KR20010020237A; AU7106798A; CN1260892A; CA2288299A1; EP1012781A1; EP1012781B1; CN1188805C; JP4158164B2; WO1998048374A1; CA2288299C; DE69832801D1; AU751377B2

Abstract

탄성 표면파를 전파할 수 있는 기판(12) 및 상기 기판상에 형성된 반사 엘리먼트의 어레이(5,6,7,8)를 포함하고, 상기 반사 어레이는 다수의 반사 엘리먼트를 갖고, 각 반사 엘리먼트는 입사 탄성 표면파의 일부를 반사하는 터치 감지 시스템. 반사 어레이는 유기 매트릭스로 형성된다. 유기 매트릭스는 바람직하게는 기판에 화학적으로 결합하고, 바람직하게는 열경화성 수지이다. 생성되는 반사 어레이는 바람직하게는 0% 내지 60%RH 사이의 습도 및 약 0-50℃ 사이의 온도 변화하에서 안정적이다. 또한 이 유기 매트릭스는 습도 또는 화학물질 감지기로서 사용될 수도 있다.

Description

음향 반사 어레이용 유기 매트릭스{Organic Matrix for Acoustic Reflector Array}

본원에 사용된 용어 "탄성 표면파"("Surface acoustic waves"(SAW))란 표면상의 접촉이 측정할만한 음향 에너지를 감쇄시키는 음파를 말한다. 일반적으로, 레일리 파동(Rayleigh waves) 또는 준-레일리 파동(quasi-Rayleigh: 레일리 파동의 실질적 등가물)이 포함되나, 다른 유형의 음파도 포함할 수 있다.

SAW 소자(devices)는 터치 센서, 신호 필터로서 사용되고 기타 응용분야에도 사용된다. 공통적인 터치 센서 디자인은 두 개의 변환기 세트를 가지고, 각각의 세트는 기판에 의해 정의되는 물리적 직교 좌표계의 축에 대하여 각각 달리 배열된 축을 갖는다. 음파 펄스 또는 펄스열은 하나의 변환기에서 생성되어, 각 엘리먼트가 45°의 각을 이루고 음파 파장의 정수배에 상응하는 간격을 가지는 반사 엘리먼트의 어레이와 직교하는 축을 따라 레일리파로서 전파된다. 각각의 반사 엘리먼트는 대향 어레이 및 제1어레이와 변환기의 거울상(mirror-image)인 변환기로 기판의 활성 영역에 걸쳐 축에 직교하는 경로를 따라 파의 일부를 반사한다. 이 거울상 어레이에서 변환기는 양 어레이의 반사 엘리먼트에서 반사되고, 방출된 펄스에 반평행하게(antiparallel) 지향하는 파의 중첩 부분으로 이루어진 음파를 수신한다. 센서의 활성 영역내의 음파 경로는 특정 지연 시간을 갖고, 따라서 활동 영역을 접촉하는 대상에 의해 감쇄되는 어떠한 음파경로도 복잡한 회송 파형(returning waveform)내의 감쇄 시점을 측정함으로써 식별할 수 있다. 제2어레이세트 및 변환기는 제1세트와 직교하고, 유사하게 작동한다. 변환기의 축이 기판의 물리적 좌표축과 일치하기 때문에, 회송파내의 감쇄 시점은 기판상 위치의 직교 좌표를 나타내고, 이 좌표를 순차적으로 측정하여 감쇄하는 대상의 2차원적 직교 좌표 위치가 측정된다. 기타의 음파 접촉 위치 센서 디자인이 사용될 수도 있다. 예시적인 디자인들이 미국 특허 제Re33,151; US 4,642,423; US 4,644,100; US 4,645,8870; US 4,700,176; US 4,764,914; 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 5,329,070; 및 US 5,451,723 들에 개시되어 있고, 이들 모두가 본원의 참고문헌으로 포함되어 있다.

대부분의 물질(예를 들어, 유리)은 비교적 일정한 음파 전력 손실(단위 길이당 dB)을 가지기 때문에, 음파 펄스가 이동하는 음향 경로의 최대 길이는 유용한 척도이고, 경로 길이가 길수록 감쇄가 더 크다. 많은 경우에 있어서, 이러한 감쇄는 터치스크린의 설계에 제약을 준다. 따라서, 일반적으로 높은 음향 효율을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어, 더 큰 기판을 위하여는 더 많은 수의 변환기가 배치될 수 있고, 마찬가지로, 더 작은 기판로는 변환기 수를 줄이기 위해 음향 경로가 중첩될 수 있다. 흡수에 대한 반사의 비는 바람직하게 최대화되어, 충분한 음파 에너지를 반사하여 접촉을 신빙성 있게 감지할 수 있도록 하면서, 충분한 음파 에너지가 어레이의 말단까지 도달하도록 한다.

일반적으로, SAW 전파 효율은 점성이 있는 물질은 피하고 유리와 같은 부서지기 쉬운 물질과 음파와의 상호작용에 의해 최대화된다. 사실상, 상호작용에 기인하는 신호 손실을 측정함으로써 감지가능하게 되는 SAW 기재 화학물질 또는 습도를 유발하는 환경적 효과와의 상호작용 때문에 탄성 표면파의 비효율적인 전파이다.

현재의 상업용 음향 터치스크린은 일반적으로 소다 석회 유리로 제조되고, 활동 감지 영역 외곽의 기판 주변부에 배치되고 베젤(bezel) 하에 보호된 반사 어레이가 장착되어 음극선관(CRT)와 같은 표시장치의 바로 정면에 설치된다. 일반적으로 반사 엘리먼트들은 각각 SAW 전력을 1% 차수로 반사시키고, 소량을 발산시키고, 나머지를 어레이의 축을 따라 통과시킨다. 따라서, 투과 변환기에 가까운 어레이 엘리먼트는 더 큰 입사 음향 에너지에 놓일 것이고, 더 많은 양의 음향 전력을 반사할 것이다. 수신 변환기에서 균일한 음향 전력을 제공하기 위해서는, 각각의 엘리먼트의 간격을 투과 변환기(transmitting transducer)에서 멀어질수록 감소시키거나 또는 반사 엘리먼트의 음향 반사도를 변화시켜 투과 변환기로부터 멀어질수록 반사도가 증가되도록 할 수 있다.

반사기에 입사하는 음향 빔(beam)은 투과된(비반사된)부분, 반사된 부분 및 흡수된 부분을 만든다. 최적의 반사기 재료는 최소의 음향 흡수를 하는 것이다.더욱 상세하게는, 예를 들어 피착된 물질의 질량을 조절하여 흡수 전력에 대한 반사 전력의 비를 최대화하는 것이 바람직하다.

현재의 반사 어레이는 일반적으로 소다 석회 유리 기판상에 융기된 유리질 차단(interruption)의 세브론(chevron) 패턴이다. 이 차단은 전형적으로 1% 차수의 음파 파장의 높이 또는 깊이를 갖고, 따라서 단지 부분적으로 음향 에너지를 반사한다. 캘리포니아주 프레몬트(California, Fremont) 엘로 터치시스템 인크(Elo TouchSystems, Inc.)사의 터치스크린의 것에서와 같은 유리질이 이러한 관점에서 최적에 가깝다. 경화(융합)시, 이들은 높은 기계적 양호도(quality factor) 또는 Q를 갖는다. Q는 내부 감쇄로부터의 양호도 및 자유도의 척도이고 또는 더욱 기술적으로는, 공진 주파수와 대역폭의 비율이다. 이는 반사기에 의한 음향 흡수를 최소로 되게한다.

유리질은 일반적으로 기판상에 스크린 프린트되는 겔과 같은 프린트 가능한 잉크로서 제공되고, 고온(400℃ 이상) 경화에 의해 단단한 유리 물질로 변환된다. 프린트된 반사기 패턴을 갖는 기판은 같은 온도로 처리될 필요가 있다. 따라서, 기판의 선택이 제한적이다. 강화 유리는 이러한 경화 온도에서 경도를 상실하고, CRT 면판(faceplate) 유리는 이 CRT의 기타 성분의 열 민감성 때문에 사용될 수 없다. 또다른 제한은, 일부 유리 세정제에서 발견되는 예를 들어 아세트산에 의해 삼출될 수 있는 인체에 유해한 중금속의 존재이다. 이 유리질 경화 공정은 설비, 공간 및 시간 때문에 상당히 비용이 드는 부분이다. 따라서 이 유리질 공정을 보완하거나 대체하는 것이 소망스럽다.

중합체는 유리보다 음파흡수를 더 잘하는 경향이 있고, 터치스크린에 피착된 소량만으로도 상당한 음파 감소를 야기할 수 있다. 따라서, 유리질 시스템과 비교시, 최소 허용가능한 수신 신호 진폭에 대한 통과 신호의 비율이 중합체가 더 작을 것이고, 통상적으로는 14인치 터치스크린에서 6 dB를 초과할 것이다. 또한, 많은 중합체가 친수성이다. 수분의 흡수는 기판 유리로부터의 탈-적층을 야기할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예를 들어 미국 특허 제 4,090,153호; 4,510,410; 5,400,788; 및 5,488,955에서는 에폭시를 음파의 흡수제로서 사용하여 왔다. 또한, 미국 특허 제5,113,115 및 5,138,215에는 활동 음향 경로로부터 빔 에너지를 우회시키기 위하여, 압전 기판상에 중합체 레일리파 반사기를 유사하게 사용하는, 비충진 중합체 음파 반사기에 관한 것으로 주목할만하다.

따라서, 기질이 강화 유리, CRT 면판 또는 유사한 높은 내열성 물질인 음파 터치스크린을 위하여는 중합체 음파 반사기가 바람직하다. 그러나, 중합체의 사용은, 중합체의 (a) 적합한 기질에 대한 점착성; (b) 음향 흡수율; (c) 주위 환경 조건의 범위에 대한 기계적 안정성; 및 (d) 주위 환경 조건의 범위에서의 음향 특성의 안정성; 및 (e) 양호한 반사 엘리먼트를 제조하기 위한 공정의 효용성 등에 의하여 제한되는 심각한 디자인상의 문제를 가지고 있다. 이들 요소들은 복잡한 것으로 증명되어, 현존하는 시스템들은 계속하여 소다 석회 유리 기판상에 유리질을 이용하고 있다.

<발명의 요약>

본원 발명은 음향 감지 경로를 따라 음파의 일부를 반사하는 어레이의 엘리먼트를 형성하는 유기 매트릭스(또는 중합체 수지)를 가지는, 기판내에서 전파되는 음파의 섭동을 감지하는 시스템을 제공한다. 바람직하게는 경화성 수지는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지이고, 특히 바람직하게는 열경화성 에폭시 수지이다. 바람직하게는 상기 수지는 약 50℃ 초과 250℃ 미만의 온도에서 경화된다. 또 다른 실시태양에서, 상기 중합체는 바람직하게는 기판에 화학적으로 결합된다. 일 부가 실시태양에서, 중합체는 약 10 내지 약 60% 사이의 상대습도(RH), 약 10 내지 35℃의 온도에서 안정한 음향 특성을 가진다. 바람직하게는 중합체의 안정성은 이러한 범위 밖, 예를들면 약 0 내지 50℃에서 0 내지 60% RH까지도 연장되고, 더욱 바람직하게는 약 -20 내지 60℃에서 0 내지 100% RH에 까지 연장되거나, 또는 용매, 산 및 염기의 존재하에서 짧은 시간동안 안정하다.

음향 흡수율 이외에, 중합체는 또한 잠재적인 중요성을 가진 또 다른 특성을 가진다. 다수의 중합체는 주위의 기체, 습기 및 기타 화학 물질의 영향을 받는다. 화학물질이 중합체에 흡수되는 경우, 중합체의 물리적 특성이 변화하여 음파와 중합체의 상호 작용을 변화시킬 수 있다. 따라서, 음향 흡수/반사 비가 RH 및 온도와 같은 주위 조건에 따라 변할 수 있다. 두 가지 잠재적 효과가 이러한 변화의 원인이 된다. 첫번 째로, 예를 들면 습기의 흡수는 중합체의 밀도를 감소시키고 중합체의 물리적 구성을 변화시킨다. 두번 째로, 중합체 매트릭스 내의 물은 중합체의 점성을 증가시키고, 중합체의 유리전이온도(Tg)를 감소시키며, 이에 의하여 음파의 점성 감쇄 또는 적어도 음파 흡수율의 변화가 초래된다.

Tg는 중합체의 중요한 성분이 단단한 유리질 상태에서 보다 부드러운 고무질상태로 변화하는 온도로서 구성성분의 실체 및 가교 결합 정도에 관련이 있다. Tg는 중합체의 음향 상호 작용에 있어서 중요한 요인이라고 믿어진다. 정확한 Tg 수치는 측정 방법에 따라 다르다. 본원에서, Tg는 ASTM D618-95에 의하여 사전에 조건화된 표본을 ASTM E1640-94로 측정하였다. 바람직하게는 중합체의 Tg는 약 60℃ 초과이고, 더욱 바람직하게는 약 120℃ 초과, 및 가장 바람직하게는 약 170℃ 초과이다.

반사 엘리먼트는 반사율, 흡수율 및 투과율의 정확한 균형을 가져야 한다. 음향 흡수 대 반사 비가 너무 높은 경우, 터치스크린의 말단부에 불충분한 신호가 도달할 것이기 때문에 적절한 반사 어레이가 구성될 수 없다. 유리질 잉크(glass frit ink)는 약 02 dB/inch의 흡수율을 가진다. 에폭시 기판 잉크의 5.53 MHz에서의 SAW 흡수율은 0.8 내지 5 dB/inch로 측정되었다. 중합체 기판 잉크의 반사율을 개선시키기 위하여, 잉크에 무기 충진제를 충진하여 밀도를 증가시킨다. 바람직하게는, 충진제는 2.0 g/cm³를 초과하는, 더욱 바람직하게는 4.0 g/cm³를 초과하는 밀도를 가지는 분쇄된 조밀한 충진제이다. 본원 발명의 반사 엘리먼트는 음향학적으로 얇아서 유효한 반사기가 되도록 의도된다. 반사 엘리먼트의 반사율은 그의 질량에 의존한다. 기타 모든 요인이 동일하다면, 적절하게 디자인되고 위치된 엘리먼트는 그의 질량이 클수록 높은 반사율 대 흡수율 비를 가질것이다.

현재의 고온 경화 유리질 조성물과는 반대로, 본원 발명의 중합체 잉크는 200℃ 미만에서 경화된다(200℃에서 강화 유리는 10,000시간 동안 사용되어도 그강도를 단지 1%만 소실한다).

바람직하게는, 중합체는 충분히 가교 결합되어, 낮은 가교 결합도를 가지는 친수성 중합체의 통상적인 10%보다는, 예를 들면 최대 3 내지 5중량%의 낮은 습기 흡수율을 가진다. 낮은 가교 결합 밀도는 또한 화학 물질에 노출시 팽창에 대한 내성의 감소와 상관관계가 있다. 높은 습기 흡수율에 의한, 중합체의 팽창은 Tg의 변화, 음향 특성의 변화(예를 들면, 감쇄의 증가), 및 중합체 매트릭스에 대한 팽창지수의 상이에 의하여 발생하는 기계적 응력 및 화학적 영향에 기인한 기판에 대한 점착성의 감소를 초래한다. 기본적인 터치스크린 시스템에서, 유리 기판 및 낮은 Tg 중합체 반사 어레이를 가지는 터치 스크린의 음향 특성은 불안정하고 고온 및 습윤 조건하에서 제기능을 발휘하지 못하게 된다는 사실이 발견되었다. 이러한 결함은 유사한 높은 Tg 중합체 반사 어레이 시스템에는 존재하지 않는다.

본원의 중합체 반사기는 또한 보로실리케이트 유리와 같은 소다 석회 유리 보다 낮은 온도 팽창 지수 유리에 대한 신뢰성 있는 점착을 가능하게 한다. 반대로, 보로실리케이트 유리 기판 상의 용접 유리질는 소다 석회 유리 상의 동일한 유리질보다 용이하게 면도날에 의하여 벗겨질 수 잇다.

중합체 반사 엘리먼트가 유리질보다 일반적으로 큰 음향 흡수율을 가지는 반면에, 중합체 반사기의 사용은 낮은 음향 흡수율이 증가된 반사기 손실을 보충해주는 CRT 모니터의 면판(faceplate) 위에 직접 반사 어레이를 거치시키는 것을 가능하게 한다. 나아가, 낮은 온도 공정 기술은 강화 유리의 사용 또는 기타 온도 민감성 기판의 사용을 가능하게 한다.

본원 발명에 따른 바람직한 일 실시태양은 CRT의 면판이 음향 터치 스크린의 기판으로서 기능하는 "디렉트-온-튜브(direct-on-tube)" 터치 스크린 시스템을 제공한다. 이러한 시스템은 많은 장점을 제공한다. 통합 시스템의 전체 비용은 개별적인 부분들 보다 감소된다. 이것은 통상적인 음향 터치 스크린 제품(곡면 소다-석회 유리 기판)에서 가장 큰 재료 비용을 제거시킨다. 터치 스크린의 자리를 마련하기 위하여 CRT 모니터를 기계적으로 재가공하는 비용이 감소된다. 나아가, 생산된 제품은 높은 품질을 가진다. 소다-석회 유리의 표면으로부터 반사를 제거하여, CRT 영상의 감지 품질이 현저히 개선된다. 현재 유리질 반사기를 사용한 "디렉트-온-튜브"(완전히 조립된 CRT 용) 실시태양에 대한 제조 기술은 존재하지 않는다.

에폭시 재료(특히 높은 가교 결합도를 가진)는 통상적으로 3 dB 미만의 신호 손실을 초래한다. 예를 들면, 충진된 자외선 경화 잉크는 일부의 경우에 허용 가능한 10 dB 정도의 높은 음향 손실을 가질 수 있는 것으로 측정되었다. 소다 석회 유리 대신에, CRT 면판 유리 상의 음향 신호의 전파는 상기 10 dB 초과의 신호를 더할 수 있고(예를 들면, 10 내지 30 dB), 따라서 자외선 경화성 잉크의 사용을 가능하게 한다. 중합체 잉크에 무기 물질을 부가하는 것은 음향 흡수율을 증가시키지 않고 음향 반사율을 증가시킬 수 있다.

세 가지 일반적인 경화 방법이 에폭시에 사용가능하다: (a) 혼합 후 수 분내지 수 시간 내에 경화하는 2 부분 열경화성 혼합물, (b) 암소에서 안정하고, 자외선 광의 존재에서 경화되는 자외선 광 경화성 에폭시, 및 (c) 실온에서는 보존기간이 연장되나 상승된 온도 (예: 140-250℃)에서 경화되는 하나의 열경화성 에폭시. UV 경화성 중합체는 CRT 면판 유리와 같은 음파손실이 낮은 기판와 가장 잘 어울린다. 다른 조성물들은 아크릴 경화제를 이용하여 UV 경화되기도 하고, 결과적으로 매우 가교결합된 구조를 만든다. 조밀한 충진제의 광 차단 효과 때문에 필요한 UV광의 양을 조정하는 것이 필요할 것이다.

무기 조성물과 같은, 조밀한 물질을 갖는 중합체 잉크를 가하는 것은, 두가지 잠재적 이점을 제공한다. 이것은 소정의 원하는 반사율을 달성하기 위해 필요한 피착되는 반사기 물질의 높이를 감소시킨다. 더욱 중요하게는, 반사 대 흡수 비를 증가시킨다. 반사율은 주로 기판 표면에 가해진 질량에 의해 결정된다. 즉, 반사기 높이에 경화된 반사기 물질의 비중 곱이다. 중합체의 비중은 통상적으로 0.9 내지 1.5gm/cm³범위이다. 강화 유리질의 밀도는 약 5.6gm/cm³이다. 동일한 반사도를 위하여, 중합체 반사기의 높이는 유리질 반사기에 대한 것의 4 내지 5배는 되어야 한다. 반사기 물질의 밀도가 증가되고 따라서 원하는 반사기 높이가 감소하여, 마이크론의 높이 및 폭, 및 0.5-2.0cm길이의 반사기가 가능하다.

프린팅 공정에 따라, 제조의 관점에서 반사기의 높이를 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 소정의 반사기 높이에 대하여, 중합체 잉크를 가하는 것은 흡수율을 증가시키지 않고 반사율을 증가시키는 것으로 관찰된다. 어레이 설계를 조율하고(하거나)(반사기의 수를 줄임) 반사기 높이를 감소시키면, 이는 음향 터치 스크린용 반사기 물질에 기인하는 신호 손실을 감소시킨다.

바람직하게는, 반사기의 중합체가 기판과 화학결합을 형성한다. 이 화학결합은 3가지 방법 중 하나에 의해 이루어진다: 첫째는 기판 표면과 화학적으로 결합하는 물질을 기판에 예비처리하여 중합체와 반응할 기능적 요소를 제공하는 방법이다. 한 예로는 실리케이트 유리 기판을 2기능성 실란제(silane agent)로 예비처리하는 것이다. 둘째는, 중합체가 기판과 안정적인 결합을 형성하는 성분을 포함하고, 이것이 중합체의 핵심적 일부가 되는 것이다. 이 예의 하나는, 실리케이트 유리 기판에의 점착을 위하여 중합체 매트릭스 벌크(bulk)에 에폭시 실란과 같은 2기능성 실란제를 첨가하는 것이다. 셋째는, 중합체 자체가 기판 표면에 결합할 수 있어서 경화 후 부드러운 전이(transition)를 형성하는 것이다. 한 예가 반사 어레이와 기판에 대하여 양립가능한 물질(중합체 기판상에 중합체 반사 어레이 등)을 사용하는 것이다.

마지막의 경우, 프린트된 어레이의 기판에 대한 점착성은 기판이 관능성 표면을 포함한다면(예를 들어, 성분들이 엄격히 화학양론적 관계에 있지 않을 때) 더욱 증가될 수 있다. 어레이 물질은 기판과 동일하거나 상이할 수 있고 사실상 각각은 전적으로 상이한 화학적 성질을 채용할 수도 있음에 주의한다.

또한, 중합체 어레이를 기판에 화학적으로 결합시키는 하나 또는 그 이상의 방법, 예를 들어 기판을 예비처리하고 기능적 결합제를 포함하는 중합체 제제를 이용하는 것도 가능하다. 화학 결합을 위한 기능적 기를 만들기 위하여 중합체 표면을 예비처리하는 공지의 방법으로는 플라즈마, 코로나 및 화염 처리가 있다.

이 중합체는 목적하는 터치스크린 패턴에 다양하게 적용될 수 있다. 바람직한 방법은 스크린 프린팅(실크 스크리닝;silk screening)이다. 잉크 점도 및 강도회복도(thixotropicity)가 실크 스크리닝을 배척하는 경우 패드 프린팅(pad printing)이 이용될 수 있다. 패드 프린팅은 CRT 면판의 가장자리와 같이 높은 반경 곡면상에 프린팅하는 경우 또한 바람직하다.

본 발명에 따른 또다른 목적은, 음파를 전파할 수 있는 기판, 기판으로부터 음파를 수신하는 변환기 및 기판상에 형성된 반사 어레이를 포함하고, 상기 반사 어레이는 다수의 반사 엘리먼트를 가지며, 각 반사 엘리먼트는 변환기로 입사하는 음파의 일부를 반사하며, 반사 어레이는 유기 매트릭스를 포함하여서, 통제되는 기후에서 발생하는 통상적인 범위내의 상대습도 및 온도의 변화하에서(예를 들어, 0-35℃의 온도범위내에서 10%-60% RH) 변환기가 실질적으로 일정한 신호를 생성시키도록 하는 접촉 감지 시스템을 제공하는 것이다. 더욱 바람직하게는, 작동 범위가 0-50℃ 0%-100% RH의 습도까지 확장된다. 바람직하게는 유기 매트릭스가 형성 후, 약한 경계면 없이 기판에 화학적으로 연속하여 화학 결합한다.

본 발명의 또다른 목적은, 음파를 전파할 수 있는 기판과, 각 엘리먼트가 입사 음파의 일부분과 상호작용하는 다수의 엘리먼트를 가지며 기판상에 형성된 반사 어레이를 포함하며, 여기서 반사 어레이는 유기 매트릭스를 포함하며, 유기 매트릭스가 형성 후 화학종을 선택적으로 흡수하고 입사 음파와의 상호작용을 변화시켜, 화학종의 농도가 이 상호작용의 변화에 기초하여 결정되도록 하는 감지 시스템을 제공하는 것이다. 이 화학종은 기체일 수 있다. 음파 전파가 예를 들어, 수평적으로 편광된 전단파(제로 이상의 차수)와 같은, 기판 표면상의 액체의 존재에 상대적으로 민감하지 않은 유형이라면, 화학종은 액체로서 (또는 액체에 용해된 것으로서) 존재할 수도 있다.

본 발명의 추가적인 목적은, 탄성 표면파를 전파할 수 있는 기판과, 그 기판상에 형성되고, 각 엘리먼트가 입사 음파의 일부분을 반사하는 다수의 엘리먼트을 갖는 반사 어레이와, 음파의 반사된 부분을 수신하는 변환기와, 기판상에 피착된 화학종에 대하여 선택적 흡수도를 가지는 중합체를 포함하며, 중합체에 의한 화학종의 흡수율의 변화가 중합체의 음향 특성의 변화를 야기하여, 이러한 변화가 변환기에 의해 수신되는 음향 신호의 특정 시점(또는 시점 변화)으로 나타나는 감지 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 탄성 표면파와 상호작용하는 음향 구조(acoustic structures)에 관한 것이고, 음향 터치 센서에서 음향 반사기의 어레이(array)용으로 특히 적합하다.

도1은 기판상에 형성된 중합체 반사 엘리먼트를 갖는 음향 터치스크린 시스템을 도시한다.

도1은 반사 엘리먼트(5,6,7,8)의 어레이가 기판(12) 상에 형성된 전형적인 터치스크린 설계를 도시한다. 이들 반사 어레이는 조밀한 충진제를 갖는 유기 매트릭스로 형성된다. 도시된 실시 태양에서는, 각 축에 대하여 분리된 투과(2,4) 및 수신(1,3) 변환기가 제공된다. 한정된 지속 시간을 갖는 펄스열로 이루어진 음파가 X 투과 변환기(2)에서 방출된다. 음파의 일부분은 접촉 위치(9)를 가로지르는 하나의 X음파 경로 감지 터치(10)가 장착된, X축 투과 반사 엘리먼트 어레이(6)의 각 반사 엘리먼트에 의해 반사되어, 이 경로로 이동하는 음파의 감쇄를 가져온다. 음파의 반사된 부분은 X축 수신 반사 엘리먼트 어레이(5)에 도달하고, X축 수신 변환기(1)로 재진행한다.

마찬가지로, 한정된 지속시간을 가지는 펄스열로 이루어진 음파가 Y 투과 변환기(4)에서 방출된다. 이 음파의 일부가 접촉 위치(9)를 가르는 하나의 Y음파 경로 감지 터치(11)가 장착된, Y축 투과 반사 엘리먼트 어레이(8)의 각 반사 엘리먼트에 의해 반사되어, 이 경로로 이동하는 음파의 감쇄를 가져온다. 음파의 반사된 부분은 Y축 수신 반사 엘리먼트 어레이(7)에 도달하고, Y축 수신 변환기(3)로 재진행한다.

반사 강도는 반사기 간격 또는 반사기의 높이, 또는 이들 모두를 변화시켜 조절하여, 투과 변환기로부터 수신 변환기로의 각 음파 경로의 신호 강도를 표준화할 수 있다. 초기 반사기가 너무 많은 파 에너지를 흡수하거나 반사하면, 기판의 말단 부분은 불충분한 음향 에너지를 가져서 접촉에 둔해질 것이다. 상이한 음파 경로의 음파 에너지를 균형있게 함으로써 기판의 여러 부분에서 거의 동등한 신호 대잡음 비를 달성할 수 있을 것이다.

재료

유기 매트릭스는 에폭시 수지, 시아네이트 에스테르 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 비스말레이미드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 경화성 수지를 포함할 수 있다.

본문에서, 에폭시 수지란, 비스페놀A 또는 비스페놀F 또는 기타 페놀 화합물과 에피클로로히드린을 반응시켜 생성되는 수지와 같은, 이량체, 올리고머 또는 중합체 에폭시 물질을 포함하는 경화성 조성물을 기술한다. 예로는, 2.3의 관능도 및 30-50,000 cps의 점도를 가지는 저점도 고관능성 에폭시 수지인 PY-307-1 비스페놀F 에폭시 수지(Ciba Specialty Chemicals Corp.("CSCC")); 2.0의 관능도 및 1200-1800 cps의 점도를 가지는 PY-306 비스페놀F 에폭시 수지 단량체(CSCC)(비스페놀F 수지는 저점도를 가지며 결정화가 어려운 것으로 알려져 있다); 4-6000 cps의 저점도 및 2.0 관능도를 갖는 셀 케미칼("Shell")로부터의 비스페놀 A 에폭시 수지 단량체인 에폰(Epon) 825; 및 3000-4500 cps의 저점도 및 2.0 관능도를 갖는 "Shell"로부터의 비스페놀 F 에폭시 수지인 Epon 862 및 다우 케미칼 제조의 저점도(55-100 cps)의 가요성 에폭시 수지인 DER 732 등이 있다.

에폭시 수지는 열경화성 또는 UV 경화성일 수 있다. 경화 시간이 터치스크린 어레이의 프린팅이 가능하도록 충분히 긴 시간이라면, 종래의 경화제도 사용될 수 있다. 바람직한 경화제는 실온에서 수 개월의 보존 기간을 제공하는 잠재 촉매이다. 경화제로 예시적인 것는, 약 10μm의 입도를 갖는 에어 프로덕트로부터의 미세 분쇄된 디시안디아미드를 함유하는 Amicure CG-1200; 3-페닐-1,1-디메틸우레아 및 3-(4-클로로페닐)-1,1-디메틸 우레아와 같은 우레아 유형의 촉매; 2-페닐 이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 및 2-페닐-4,5-디히드록시메틸 이미다졸(쿠라졸 2-PHZ, 에어 프로덕트사)와 같은 이미다졸 촉매 등이 있다. 이 이미다졸 촉매는 통상적으로는 단독으로 사용되거나 또는 디시안디아미드와 함께 촉진제로서 경화를 가속시키기 위해 사용된다. 기타 적합한 경화제로는 Landec XE-7004, Ancamine 2337 XG, Ancamine 2014 또는 아지노모토(Ajinomoto)사로부터의Ajicure PN-23, Ajicure MY 24, 또는 Ajicure MY-H 등이 있다. 또는, 유니온 카비드(Union Carbide)로부터의 Cycure UVI-6974(트리아릴술포늄 헥사플루오로안티모네이트 염의 혼합물)와 같은 UV광 활성 경화제가 사용될 수 있다.

시아네이트 에스테르 수지는 Arocy B-30(중간 점도 수지)를 포함하는 CSCC로부터 여러 등급으로 시판되는 비스페놀A 디시아네이트이다. 시아네이트 에스테르 수지는 촉매의 도움없이 가교결합되나, 이 반응은 촉매의 도움으로 더 빨리 그리고 더 낮은 온도에서 일어난다. 적합한 촉매로는 노닐페놀을 갖는 징크 나프테네이트, 코발트 나프테네이트 또는 코발트 아세틸아세토네이트와 같은, 활성 수소 화합물(알킬-페놀 또는 고승점 알코올)을 갖는 가용성 금속 카르복실레이트(나프테네이트 및 옥토에이트) 또는 금속 아세틸아세토네이트 등이 있다. 이 시아네이트 에스테르 수지는 또한, 에폭시 수지와 함께 경화될 수 있다. CSCC는 낮은 수분 흡수율을 갖는 시아네이트 에스테르 수지의 M 시리즈(테트라 o-메틸 비스페놀 F 디시아네이트) 및 낮은 흡수력 및 내연성을 모두 갖는 헥사플루오로비스페놀 A 디시아네이트(F 시리즈 수지)를 기초로 하는 제3의 수지 시리즈를 제공한다. 이들 수지는 230-290℃와 같은 높은 온도(T_g)에서 경화될 수 있다.

비스말레이미드 수지는 CSCC, Shell 및 기타 제조사로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, Matrimid 5292 수지 시스템은 CSCC로부터 얻을 수 있고, 이는 성분A(4,4'-비스말레이미도디페닐메탄) 및 성분B(o,o'-디알릴 비스페놀A)로 구성된다. 이들은 100/85의 비율로 혼합되고, 177, 200 및 250℃에서 경화된다. 결과적인 T_g는 경화 시간 및 온도에 의존적이다. T_g는 200-310℃ 사이가 가능하다. 반사 엘리먼트 제조를 위하여 이 중합체 시스템을 제제화할 때는, 잉크 제제에 충진제 및 실란(silane)을 첨가한다.

벤즈옥사진 수지는 가교시 페놀성 수지를 생성하는 경화성 수지이다.

바람직하게는 기판이 예를 들어 소다 석회 유리, 붕규산유리 또는 CRT 면판유리 등의 유리 또는 석영과 같은 규산질 조성물을 포함한다. 유리는 안전 유리 및(또는) 약 1 cm 이상의 비교적 두껍게 강화되거나 적층될 수 있다. 규산질 기판과 유리 매트릭스 사이의 화학 결합을 제공하기 위하여, 반사 엘리먼트 어레이의 형성 전에 실란 조성물로 기판을 처리하거나(하고) 유리 매트릭스가 실란 조성물을 포함할 수 있다. 이들 실란 조성물은 바람직하게는 다수의 관능기를 갖는다. 이 경우, 실란 부분이 규산질 조성물과 상호작용하여 결합을 형성하고, 또다른 관능기가 반사 엘리먼트를 기판에 화학적으로 결합시키면서 유기 매트릭스에 삽입되게 된다. 또는, 유기 매트릭스가 기판의 표면에서 작용하여 화학결합 또는 약한 경계면이 없는 연속상을 형성한다.

유기 매트릭스/중합체 수지용으로 적합한 분쇄된 조밀한 충진제로는 텅스텐 금속, 황산 바륨 및 황화 아연과 같은 중금속염, 은 금속, 실리카(산화 규소), 탄산 칼슘, 텅스텐 트리옥사이드, 텅스텐 카바이드, 산화납, 산화아연, 기타 금속 및 금속 산화물 등이 있다. 충진제는 단독으로 사용되거나 또는 조합하여 사용된다. 유리질(산화납 및 산화아연)이 사용될 수 있으나, 환경적으로 보다 좋은 충진제의 사용이 바람직스럽다. 충진제는 유리하게 중합체의 인장강도 및 비경화 잉크의 강도회복도를 증가시킨다. 따라서, 충진제가 중합체의 밀도를 증가시킬 뿐만 아니라 이러한 기계적 기능도 수행하는 것이 바람직하다.

바람직한 충진제는 밀도가 약 4 gm/cm³를 초과하나, 중합체 수지의 밀도보다는 높은 밀도를 갖는 낮은 밀도의 충진제도 또한 유용하다. 특히 적합한 충진제는 하기와 같다. 텅스텐 분말은 오스람 실바니아(Osram Sylvania)에 의해 만들어지고(등급 M-55, 5.2±0.5μm 또는 등급 M-20, 1.25±0.15μm) 아틀란틱 이큅트먼트 Eng.(Atlantic Equipment Eng.)에서 구입한다. 바람직한 조밀한 충진제는, 평균 입도가 1μm 미만이고 밀도가 약 4.2gm/cm³인, Sachtleben Chemie사의 Lithopone^TM70/30(황산 바륨 70% 및 황화 아연 30%)으로 시판되는, 황산 바륨과 황화 아연의 공침전물(co-precipitate)이다. 또다른 바람직한 충진제는 황산 바륨 단독이거나 또는 본질적으로 황산 바륨으로 구성된 충진제이다.

또다른 유용한 첨가제는 3M으로부터의 FC-430(탄화수소로 오염된 유리 표면을 에폭시 습윤시키는데 유익한 탄화불소 계면활성제)과 같은 계면활성제이다. 발연실리카인 Cab-O-Sil TS-720가 강화회복도를 증가시키기 위하여 첨가될 수 있다.

중합체와 규산질 기질을 화학적으로 결합시키는 결합제는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시 실란, 3-글리시드옥시-프로필트리메톡시 실란 및 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시 실란과 같은 실란 결합제일 수 있다.

실시예 1

거의 일치하는 점도를 갖는 유리질 잉크와 중합체 잉크의 프린팅 특성을 거의 동일한 적용 절차를 이용하여 비교하였다. 레오메트릭스(Rheometrics) 점도계를 이용하여, 두 분획의 유리질 잉크의 점도를 각각 100-0.08 radians/sec 사이의 시험 주파수에서 측정한 결과 15 내지 2000 포아즈(poise)의 점도 범위내로 측정되었다. 이 점도와 조화를 이루기 위하여 비교적 낮은 점도의 에폭시 수지를 선택하였다.

본 발명자들은 중합체의 음파 흡수 및 환경적 영향에 대한 민감도를 최소하하기 위하여 높은 가교결합 밀도가 바람직하다고 믿는다. 이를 달성하기 위하여, 이들은 디시안디아미드 경화제 및 아미다졸 가속제(Curazol 2-PHZ)를 갖는 에폭시 시스템(PY-306 및 Epon 825)을 선택하였다. 생성된 중합체 잉크 제제는 점도의 급격한 증가에 의해 나타나는 바와 같이, 약 165℃(주위 온도로부터 약 분당 7.5℃의 온도 증가률을 가짐)에서 경화하기 시작한다. 경화제/가속제 조합은 또한 보관수명이 비희석시 1년 정도이고 용매로 희석시 3 내지 9개월인 그 잠재성 때문에 선택되었다. 40℃에서의 가속화된 숙성 시험에서 조차도, 한 달 후 점도의 변화가 관찰되지 않았다.

유리질 밀도가 5.6 gm/cm³이고 중합체 수지는 기본 밀도가 약 0.9 내지 1.5gm/cm³이기 때문에, 조밀한 충진제를 첨가함으로써 중합체 수지의 유효 밀도를 증가시키는 것이 요구되었다. 표1에 나타난 바와 같이 6개의 상이한 제제가 제조되었다.

물질 또는 특성	실시예 번호
물질 또는 특성	1a	1b	1c	1d	1e	1f
PY-306(g)	50	50	50	50	50	50
Epon 825(g)	50	50	50	50	50	50
AmicureCG-1200(g)	8	8	8	8	8	8
Curezol2-PHZ(g)	2	2	2	2	2	2
Lithopone 70/30(g)	0	60	120	180	0	0
텅스텐 분말(g)	0	0	0	0	275.7	551.4
Cab-O-Sil TS-720(g)	0	0	0	0	2	2
총	110	170	230	290	387.7	663.4

밀도(gm/cm³)	1.187	1.606	1.914	2.157	3.625	5.472

조밀한 반사 어레이 패턴을 갖는 시험 스크린을 소다 석회 유리 기판상에 스크린 프린트시켰다. 이 시험 스크린 프린트는 몇 개의 큰 면적의 시험 패턴을 포함한다. 이러한 조밀한 패턴의 큰 면적은 예를 들어 중합체의 표면 끈적거림 때문에 보통의 반사 어레이 프린트에서는 반드시 나타나지는 않는 프린트 스크린과 기판 사이의 점착 문제를 야기할 수 있다. 이 문제는 이후 프린트에서 더욱 명백해진다. 용매를 첨가하거나 또는 희석함으로써 잉크의 점도를 조절하거나, 프린트 사이에 스크린 바닥을 예를 들어 이소프로판올으로 닦거나 유리판을 테이핑 다운(taping down)하는 것에 의하여 점착력이 감소할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 적합한 희석제로는 2-메톡시에틸 에테르(2-MEE), 에틸 락테이트 및 실란 첨가제 등이 있고, 희석비는 점도 및 강도회복도에 있어서의 충진제 유형의 효과에 따라 변화된다. 유리 기판용으로 적합한 세정제는 물, 이소프로판올, 암모니아, 소듐 라우릴 에테르 설페이트 및 2-부톡시에탄올을 함유하는 Sun-Up 세정제(미국 CA, 로스앤젤레스, 벨(Bell Industries)사)이다.

이들 에폭시 제제들은 185℃의 피크 온도 및 30분의 총 체류 시간으로 지정되어 있는 벨트 건조 오븐(belt drying oven)에서, 125℃ 이상에서 약 18분의 총시간동안 경화되었다. 이 기판은 경화 도중 실온과 185℃ 사이의 온도를 가졌다.

실시예 1a (경계 분해능)를 제외하고, 표1에 열거된 제제는 도1에 도시된 바와 같은 반사 어레이의 제조에 필요한 프린팅 분해능을 제공하였다. 도 1에서 도시된 반사 어레이의 특징은 아닌 시험 프린트에서의 넓은 표면적 패턴으로 인하여, 실시예 1b(비희석)에서는 스크린 바닥에 기판이 달라붙는 현상을 경험하였으나, 예를 들면, 실시예 1c에서와 같이 제품에 용매를 첨가하여 감소시킬 수 있었다.

실시예 1c는 5% 2-MEE로 희석된 것이고, 고품질의 프린트를 생산하였다(8%의 2-MEE로 희석시 점도가 너무 낮아서 잘 프린트할 수 없음).

실시예 1d는 실시예 1c에서 보다 충진제 농도가 더 높아서 이를 더욱 두껍게 한다. 실시예 1d는 5% 2-MEE로 희석하여 고품질의 프린트 표본을 제조하였다. 8% 2-MEE로 희석하였을 때, 점도가 너무 낮아서 프린트가 잘 되지 않았다.

실시예 1e는 1% 2-MEE로 희석하였고, 상당한 양호한 프린트 품질을 가졌고, 시험 패턴을 프린팅할 때 기판과 프린트 스크린 사이에서 약간의 점착이 있었다. 이를 2% 2-MEE로 희석시, 생성된 혼합물은 너무 묽어서 잘 프린트가 되지 않는다.

실시예 1f는 2% 2-MEE로 희석하여 바람직한 점도를 얻었다. 시험 프린트 제조시, 프린팅 스크린으로부터 유리가 쉽게 분리되었다.

표2는 소다석회유리상의 경화된 유리질과 비교하여 실시예 1a-1f의 에폭시기재 잉크의 감쇄 및 반사도 데이터를 나타낸다.

실시예 1a-1f의 에폭시 잉크에 대한 감쇄 및 반사도 데이터
실시예	감쇄(dB/인치)	표준 편차	반사도 기울기(dB/msec)
유리질	0.15	0.08	0.211
1a	0.87	0.03	*
1b	0.87	0.07	0.17
1c	0.87	0.07	0.10
1d	0.87	0.19	0.16
1e	*	*	0.66
1f	*	*	0.75

* 얻지 못함

비충진된 실시예 1a의 제제로 제조된 반사 어레이는 매우 비효율적인 반사기로서 반사율 측정을 어렵게 하는 것으로 증명되었다. 이것은 불량한 프린트 품질과, 비충진 중합체 반사기의 저 질량과 관련이 있다.

Lithopone^TM충진제를 함유하는 실시예 1b 내지 1d의 반사 어레이는 유리질로 제조한 반사 어레이와 유사한 반사 특성을 갖는다(표2의 마지막 칼럼). 실시예 1b-1d에서 감쇄치는 유리질에 대한 것보다는 상당히 크지만, 이들 중합체 반사기 물질의 사용으로 인하여 6dB 미만의 신호가 손실되는 터치스크린의 설계를 지지하게 할만큼 여전히 충분히 작다.

실시예 1e 및 1f는 텅스텐 충진 제제이다. 이들은 최고 질량 밀도(표1) 및 최고의 반사도(표2)를 갖는다. 실시예 1e 및 1f에서 측정된 반사도는 유리질에서 보다도 훨씬 높다. 이것은 주로 열경화성 에폭시 제제의 경우 경화된 높이가 프린트된 높이와 거의 같은 반면에, 유리질의 경우 경화된 높이가 프린트 높이의 약1/3인 사실에 기인한다.

감쇄 측정에서의 인위성으로 인하여 텅스텐 충진된 실시예 1e-1f에서 흡수도를 실험적으로 직접 측정하지 못하였다. 표1의 모든 제제에 대한 중합체 매트릭스의 유사성 때문에, 모든 제제는 유사한 흡수도를 가질 것으로 기대되고, 따라서 실시예 1e 및 1f가 흡수도에 대한 반사도의 최상의 비율을 가질 것으로 기대된다.

실시예 II

실시에 1의 결과에 기초하여, 실시예 1c의 제제를 모델로서 사용하였고 단,점착을 증가시키기 위하여 실란 결합제를 첨가하고 습윤도를 증가시키기 위하여 계면활성제 FC-430을 첨가하여 개질하였다. 이 에폭시 수지는 또한 가교 결합 밀도가 증가하도록 개질하였다. 생성된 다시 제제된 에폭시 수지(실시예 2b)는 점도가 훨씬 높기 때문에, 에틸 락테이트 용매(인체에 유해하다는 이유로 2-MEE 보다 선호된다)를 첨가하여 점도를 감소시켰다. 첨가된 실란은 또한 희석제로 작용한다. 표3은 실시예 2a-2d의 조성을 보여준다.

물질 또는 특성	실시예 2a	실시예 2b	실시예 2c	실시예 2d
PY-307(g)	25	100	25	0
Epon 862(g)	75	0	75	0
Ciba ECN 1138(g)	0	0	0	100
AmicureCG-1200(g)	8	8	8	8
Curezol2-PHZ(g)	2	2	2	2
에틸 락테이트(g)	0	5	0	13
FC-430(g)	0.2	0.2	0.2	0.2
에폭시 실란(g)	3	6	6	3
Lithopone70/30(g)	120	120	81	120
텅스텐 분말(g)	0	0	167	0
Cab-O-SilTS-720(g)	0	0	2	0
총(g)	233.2	241.2	366.2	246.2

밀도(gm/cm³)	1.89	1.87	2.93	1.89

실시예 2a는 3% 에틸 락테이트로 희석하여 양호한 품질의 시험 패턴 프린트를 생성하나, 약간의 점착성을 가졌다. 이어서 이것을 4% 에틸 락테이트로 희석하여 점착성이 감소된 양호한 품질의 프린트를 생산한다. 4%의 에틸 락테이트가 첨가된 실시예 2b(총 6.1 중량%를 생성함)가 적절히 프린트되었다.

텅스텐 및 Lithopone^TM충진제의 혼합물을 갖는 실시예 2c를 2% 에폭시 실란과 혼합하였다(총 3.64 중량%). 이 제제는 프린팅 스크린에 점착되지 않고 양호한 시험 프린트를 보였다.

실시예 2d는 고분자량 에폭시를 함유하기 때문에 매우 점성이 높고 점착성이 강하다. 3% 에폭시 실란 및 6% 에틸 락테이트의 혼합물로 희석시(4.22% 에폭시 실란 및 11.28% 에틸 락테이트를 만듦), 양호한 시험 프린트가 생성되었다. 9% 에틸 락테이트로 희석된 실시예 2d도 또한 양호한 시험 프린트를 생성하였다.

실시예 2의 제제들은 선택된 제조 공정과의 상용성을 최적화하기 위한 조율에 대한 본 발명의 제제의 융통성을 보여준다. 음파 데이터를 수집하여 이러한 조율이 잉크의 반사 및 흡수 특성을 과도하게 변화시키지 않으며 허용가능한 음파 성능을 가져온다는 사실을 증명하였다.

실시예 III

이 실시예는 터치스크린에 사용되는 실제 반사기 패턴의 프린팅을 보여준다. 프린팅을 위하여 실시예 2b에 4% 에틸 아세테이트를 첨가하여 사용하였다. 이 유리 판은 25.4×31.75 cm(10×12.5 인치, "크기: 대") 또는 19.05×27.94cm(7.5×11 인치, "크기: 소") 소다 석회 유리이고, 소형유리용으로 설계된 마스크를 이용하여 프린트하였다. 터치스크린 패턴의 프린팅시, 이 경우, 프린트 사이에 스크린의 밑면을 깨끗이 닦거나 또는 유리판을 테이프 다운(Tape down)할 필요가 없다는 사실을 발견하였다. 이것은 시험 패턴 영역과 비교하여 영역이 더 작기 때문인 것으로 믿어진다. 또한, 프린팅 속도는 유리질만큼 빠르고, 분당 1 프린트 이상이다.

2개의 터치스크린을 작은 스크린(하나는 소형 유리 위, 하나는 대형 유리의 조각 위)으로부터 조립하였다. 둘 다 허용가능한 신호를 가졌고, 엘로 인텔리터치 제어기(Elo Intellitouch controller) 모델 E281-2300을 이용하여, 기능상 엘로(Elo) 터치시스템 모델 E284A-693 터치스크린과 유사한 충분히 기능적인 레일리파 터치스크린을 제조하였다.

실시예 IV

한 세트의 터치스크린 프린트를 환경적 시험을 위하여 소형 유리 기판상의 에폭시 기재 잉크 조성물을 시험하기 위하여 프린트하고, 1.27cm(0.5인치) 두께의 강화 유리위에 프린팅 및 경화를 시도하였다.

실시예2b에 4% (6.1 중량%) 에폭시 실란을 첨가하였다. 3개의 프린트를 표준 소다 석회 유리상에 프린트하였다. 실시예 2c에는 2% 에폭시 실란을 첨가하였다(총 3.64 중량%). 3개의 프린트를 표준 소다 석회 유리상에 프린트하였다. 두 잉크를 모두 갖는 프리트들이 우수한 품질을 가졌다.

4% 에폭시 실란이 첨가된 실시예 2b를 4 개의 1.27cm(0.5인치)두께 강화 유리판 위에 프린트하고, 첫번째는 이송 벨트 오븐을 통하여 진행시켰다. 이 첫번째 터치센서는 두꺼운 유리가 냉각 도중 열적 응력으로 인한 균열이 없이 충분히 에폭시를 경화시키도록 가열되는지 여부를 판단하기 위하여 관측하였다. 이 정보는 열적 응력에 기인하는 유리 균열이 없는 40 조각의 유리의 성공적인 파이롯(pilot) 생산의 기초가 되었다.

나머지 3개의 시료는 실온 오븐 및 100℃에서 45분 동안, 이어서 133℃에서 30분 동안, 이어서 166℃에서 30분 동안 및 최종적으로 200℃에서 15분 동안 경화시켰다. 이어서 오븐을 끄고, 냉각시켰다.

실시예 2b의 에폭시 잉크 반사기를 이용한 표준 소다 석회 유리 및 0.5 인치두께의 강화 유리상에 제조된 터치스크린이 충분히 기능적인 터치스크린을 형성하는 것으로 밝혀졌다.

실시예 V

실시예 2b의 잉크를 갖는 소형 터치스크린을 환경 챔버에서 -25℃와 65℃ 사이에서 35일 동안 순환시켜 환경적 안정성을 시험하였다. 습도는 주위 습도에서 60% RH까지 변화시켰다. 피크 상태는 65℃에서 60% RH 이었다. 순환 도중 또는 순환 후 터치스크린은 계속 기능적이었다. 환경적 순환 도중 -20℃, 실온("RT", 약 23℃), 50℃ 및 65℃에서 x 및 y축 파형을 측정하였을 때 단지 유의수준 이하의 약간의 변화만 보였다.

실시예 VI

이상적으로는, 음향 잉크는 다양한 용매 및 유리 세정제에 대하여 양호한 내성을 가지고, 유리 기판에 잘 결합되어 있어야 한다. 유리질 반사기는 식초에 녹는다는 단점이 있다.

에폭시 잉크 제제의 다양한 용매에 대한 내성을 실온, 40℃ 및 60℃에서 측정하였다. 0.0254mm(1 mil) 두께의 잉크층을 소다 석회 유리 슬라이드에 피착시키고 경화시켰다. 유리 슬라이드를 시험액에 담그고 수시로 유리 슬라이드에 대한 점착도를 측정하였다. 시험 기준은 침윤 후 면도날로 상처를 냈을때 잉크가 박리현상을 보이지 않는 것이다.

전술한 상세한 제제 이외에, 표4에 기술한 새로운 실시예 6a 및 6b를 시험하였다. 3% 실란이 첨가된 실시예 6a가 바람직한 제제인 실시예 2b를 위한 거의 정확한 제제화이기 때문에 가장 관련이 있다.

물질(g)	실시예 6a	실시예 6b
PY-307-1	75	25
PY-306	25	0
Epon 862	0	75
Amicure CG-1200	8	8
Curezol 2-PHZ	2	2
에폭시 실란	0	3

시험 결과를 표5에 나타내었다. "유리상의 실란" 칼럼은 에폭시를 피착시키기 전에 유리를 실란 시약으로 처리하였는지를 나타낸다. "에폭시 중 실란" 칼럼은 에폭시 제제에 실란 시약이 첨가되었는지를 나타낸다. "온도(℃)" 칼럼은 시험 온도를 나타낸다. "용매 또는 환경" 칼럼은 시료가 처해진 환경을 나타내고, 괄호안에는 실패까지의 일수를 나타낸다. 숫자 다음의 "플러스(+)"기호는 시료가 실패없이 이러한 일수가 지속되었으며, 이후 시험이 중단되었음을 나타낸다.

유리 슬라이드상의 에폭시 잉크 조성물의 0.0254mm(0.001인치) 두께경화막의 용매/환경 저항성
실시예	유리상의실란	에폭시중의실란	온도(℃)	용매 또는 환경(실패까지의 일수)
1c	무	무	RT	100% CH₃CO₂H(3); 탈이온수(81+); 3% NaCl(aq.)(81+); 알코올(81+); 톨루엔(81+); 광유(81+); 3% HCl(aq.)(14); 아세톤(81+); 이소프로판올(81+); 3% NH₄OH(aq.)(14); 3% NaOH(aq.)(14); 50% NaOH(aq.)(77+);
1c	무	무	60	탈이온수(3); 3% CH₃CO₂H(aq.)(3); 3% NaCl(aq.)(3); 톨루엔(75+); 광유(75+); 3% HCl(aq.)(3); 3% NH₄OH(aq.)(3); 3% NaOH(aq.)(3)
6a	무	무	60	탈이온수(3); 3% CH₃CO₂H(aq.)(3); 3% NaCl(aq.)(3); 톨루엔(75+); 광유(75+); 3% HCl(aq.)(3); 3% NH₄OH(aq.)(3); 3% NaOH(aq.)(3)
6a	무	무	RT	100% CH₃CO₂H(75+);

실시예	유리질상의실란	에폭시중의 실란	온도(℃)	용매 또는 환경(실패까지의 일수)
6a	무	무	40	100% RH(2)
1c	무	무	40	100% RH(2)
1c	1% AS	무	60	탈이온수(71+); 3% CH₃CO₂H(aq.)(0.67)
1c	1% AS	무	R	메틸에틸케톤(71+); 톨루엔(71+); 이소프로판올(71+); 3% HCl(aq.)(35); 3% NH₄OH(aq.)(35); 반응성 알코올(71+); 탈이온수(71+); 100% CH₃CO₂H(6)
1c	1% AS	무	40	1005 RH (35)
6a	1% AS	무	60	탈이온수(19); 3% CH₃CO₂H(aq.)(0.67)
6a	1% AS	무	RT	메틸에틸케톤(71+); 톨루엔(71+); 이소프로판올(71+); 3% HCl(aq.)(35); 3% NH₄OH(aq.)(35); 반응성 알코올(71+); 탈이온수(71+); 100% CH₃CO₂H(6); 3% CH₃CO₂H(aq.)(19)
6a	1% AS	무	40	100% RH(19)
1c	무	3% ES	60	탈이온수(71+); 3% CH₃CO₂H(aq.)(6)
1c	무	3% ES	RT	메틸에틸케톤(71+); 톨루엔(71+); 이소프로판올(71+); 3% HCl(aq.)(71+); 3% NH₄OH(aq.); 반응성 알코올(71+); 탈이온수(71+); 100% CH₃CO₂H(71+)
1c	무	3% ES	40	100% RH(71+)
6a	무	3% ES	60	탈이온수(71+); 3% CH₃CO₂H(aq.)(6)
6a	무	3% ES	RT	메틸에틸케톤(71+); 톨루엔(71+); 이소프로판올(71+); 3% HCl(aq.)(71+); 3% NH₄OH(aq.)(71+); 반응성 알코올(71+); 탈이온수(71+); 100% CH₃CO₂H(71+)
6a	무	3% ES	40	100% RH(71+)
6a	무	6% ES	RT	3% CH₃CO₂H(aq)(65+)
6a	무	6% ES	40	3% CH₃CO₂H(aq)(65+); 100% RH(65+)
6a	무	6% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(14); 탈이온수(65+)
6b	무	무	RT	3% CH₃CO₂H(aq)(65+)
6b	무	무	40	3% CH₃CO₂H(aq)(65+)
6b	무	무	60	3% CH₃CO₂H(aq)(0.67); 100% RH(65+)
2a	무	무	RT	3% CH₃CO₂H(aq)(65+)
2a	무	무	40	3% CH₃CO₂H(aq)(65+); 100% RH(65+)
2a	무	무	60	3% CH₃CO₂H(aq)(0.67); 탈이온수(65+)
6a	0.5%AS110℃	무	60	탈이온수(60)
6b	0.5%AS110℃	1.3% ES	60	탈이온수(60)
2a	0.5%AS110℃	1.3% ES	60	탈이온수(60)
6a	1.0%AS110℃	무	60	탈이온수(60+)
6b	1.0%AS110℃	1.3% ES	60	탈이온수(60+)
2a	1.0%AS110℃	1.3% ES	60	탈이온수(60+)
2a	2.0%AS110℃	1.3% ES	60	탈이온수(60+)
6a	0.5%ASRT24시	무	60	탈이온수(60+)
6b	0.5%ASRT24시	1.3% ES	60	탈이온수(60+)
2a	0.5%ASRT24시	1.3% ES	60	탈이온수(60+)
2a	0.5%ASRT24시	6% ES	60	탈이온수(60+)
6a	2.0%AS110℃	무	60	3% CH₃CO₂H(aq)(0.67)
6b	2.0%AS110℃	1.3% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(0.67)

실시예	유리질상의실란	에폭시중의 실란	온도(℃)	용매 또는 환경(실패까지의 일수)
2a	2.0% AS 110℃	1.3% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(0.67)
2a	2.0% AS 110℃	6% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(3)
6a	2.0% AS RT 24시	무	60	3% CH₃CO₂H(aq)(0.67)
6a	2.0% AS RT 24시	1.3% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(0.67)
2a	2.0% AS RT 24시	1.3% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(3)
2a	2.0% AS RT 24시	6% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(3)
6a	0.5% AS 110℃	무	40	100% RH(60+)
6b	0.5% AS 110℃	1.3% ES	40	100% RH(60+)
2a	0.5% AS 110℃	1.3% ES	40	100% RH(60+)
2a	0.5% AS 110℃	6% ES	40	100% RH(60+)
2a	0.5% AS RT 24시	1.3% ES	40	100% RH(60+)
6a	1.0% AS RT 24시	무	40	100% RH(60+)
6b	1.0% AS RT 24시	1.3% ES	40	100% RH(60+)
6a	0.5% AS RT +110℃	무	60	3% CH₃CO₂H(aq)(2)
2a	0.5% AS RT +110℃	1.3% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(2)
2a	0.5% AS RT +110℃	3% ES	60	3% CH₃CO₂H(aq)(2)

실시예 VII

프린트 및 경화된 유리질 및 몇 개의 에폭시 잉크 반사기의 높이를 측정하였다. 이 측정을 위하여, 1/6 시험 패턴에서 20개 반사기의 높이를 선택하였다. 1/6 패턴은 반사기 폭이 음파 파장의 약 1/2이고, 반사기 사이의 갭은 약 5(1/2) 음파 파장이다. 그 결과를 표6에 도시하였다.

잉크	평균 높이(마이크론)	표준 편차
유리질 #1	4.3	0.22
유리질 #2	6.4	0.65
실시예 1e #1	20.8	5.39
실시예 1e #2	17.5	3.55
실시예 1c	14.2	1.36
실시예 1d #1	12.4	2.09
실시예 1d #2	13.5	1.82
실시예 2a #1	14.6	0.81
실시예 2a #2	16.3	1.23
실시예 2b #1	13.7	1.67
실시예 2b #2	14.2	0.97
실시예 2c	14.5	1.85
실시예 2d	10.8	2.01

표6은 Lithopone^TM충진된 제제에 대하여 유리질의 높이가 약 4-7 마이크론이고 에폭시 잉크 반사기의 높이가 약 12-17 마이크론임을 보여준다(실시예 1d, 2a 및 2b). 프로필하의 면적을 적분하고 각 반사기의 부피를 계산하면, 반사기의 질량은 그 밀도로부터 결정된다. 표7은 실시예 2b의 에폭시 잉크와 유리질 반사기가 본질적으로 같은 중량을 갖는다는 것을 보이고 있다.

잉크	부피 ×10^-5cm³	밀도(g/cm³)	반사기의 질량×10^-5g
유리질	1.41	5.6	9.5
실시예 2b	3.90	1.91	7.5
실시예 1d	2.64	2.16	5.7
실시예 2c	3.3	3.0	11.9
실시예 1f	3.19	5.47	17.4

실시예 VIII

중합체의 T_g의 영향을 측정하기 위하여 상이한 가교도(따라서 상이한 T_g)를 갖는 에폭시를 이용한 연구를 수행하였다. 바람직하지 않은 높은 흡수도는 낮은 T_g와 에폭시 결합제의 낮은 계수와 상관관계가 있고, 바람직한 낮은 흡수도는 높은 T_g와 에폭시 결합제의 높은 계수와 상관관계가 있다고 믿어진다. 따라서, 도8에 도시된 바와 같이, 단단한 것부터 고무같은 것까지의 에폭시 계수를 변화시키면서 실시예 2b 및 8a 내지 8k의 일련의 잉크 제제를 제조하였다. 더욱 고무같은 제제는 8e, 8f 및 8g이다. 반면에, 8a, 8j 및 8k의 세 제제는 경화시 높은 T_g를 갖는 매우 단단한 수지를 생성한다. 8b 및 8i의 두 제제는 더 높은 충진제를 포함한다. 실시예 8i는 실시예 8e와 비교할만하고, 충진제 함유량의 증가 효과를 나타낸다. 실시예 8h는 상이한 경화제, LANDEC XE-7004를 포함하고, 이는 더 낮은 온도에서 경화를 가능하게 한다.

특성	실시예
특성	2b	8a	8b	8c	8d	8e
Ciba PY-306(g)	0	0	50	0	0	0
Ciba PY-307(g)	100	0	0	85	70	50
Dow DER 732(g)	0	0	0	15	30	50
Ciba ECN 1138(g)	0	100	0	0	0	0
Shell Epon 825(g)	0	0	50	0	0	0
Ciba MY-722(g)	0	0	0	0	0	0
Shell Epon 828(g)	0	0	0	0	0	0
디아미노디페닐 술폰(g)	0	0	0	0	0	0
BF₃모노에틸아민(g)	0	0	0	0	0	0
BTDA 무수물(g)	0	0	0	0	0	0
Amicure CG-1200(g)	8	8	8	8	8	8
Curezol2-PHZ(g)	2	2	2	2	2	2
Landec XE-7004(g)	0	0	0	0	0	0
Lithopone 70/30(g)	120	120	388	120	120	120
텅스텐 M-55(g)	0	0	0	0	0	0
에틸 락테이트(g)	5	13	30	0	0	0
에폭시 실란(g)	6	3	3	6	6	6
FC-430(g)	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
Cab-O-Sil TS-720(g)	0	0	0	3	3	3
총(g)	241.2	246.2	531.2	239.2	239.2	239.2

밀도(gm/cm³)	1.875	1.894	2.68	1.852	1.83	1.802
첨가된 실란(%)		3	3
첨가된 에틸 락테이트(%)		3	3

터치스크린 성능	양호	양호	양호	양호	불량	양호
기타			높은충진제 함량		프린트

고도의 반사성을 갖는 잉크에 대하여는 프린트된 어레이 패턴을 최적화하지 않았다. 따라서, 변환기에서 떨어져 있는 반사 어레이 부분에는 불충분한 신호가 도달한다. 실시예 8b 및 실시예 8i의 제제는 높은 신호 강도 및 반사도를 보였다.

물질 또는 특성	실시예
물질 또는 특성	8f	8g	8h	8i	8j	8k
Ciba PY-306(g)	0	0	0	0	0	0
Ciba PY-307(g)	35	20	100	50	0	0
Dow DER 732(g)	65	80	0	50	0	0
Ciba ECN 1138(g)	0	0	0	0	0	0
Shell Epon 825(g)	0	0	0	0	0	0
Ciba MY-722(g)	0	0	0	0	100	0
Shell Epon 828(g)	0	0	0	0	0	100
디아미노디페닐 술폰(g)	0	0	0	0	50	0
BF₃모노에틸아민(g)	0	0	0	0	1	0
BTDA 무수물(g)	0	0	0	0	0	48.3
Amicure CG-1200(g)	8	8	0	8	0	0
Curezol2-PHZ(g)	2	2	0	2	0	0
Landec XE-7004(g)	0	0	18	0	0	0
Lithopone 70/30(g)	120	120	137	81	167	130
텅스텐 M-55(g)	0	0	0	190	0	0
에틸 락테이트(g)	0	0	0	0	10	15
에폭시 실란(g)	6	6	6.5	6	6	6
FC-430(g)	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
Cab-O-Sil TS-720(g)	3	3	0	2	2	2
총(g)	239.2	239.2	261.7	389.2	336.2	301.5

밀도(gm/cm³)	1.781	1.761	1.845	2.932	1.867	1.859
첨가된 실란(%)			4%
첨가된 에틸 락테이트(%)

터치스크린 성능	양호	양호	불량	양호	양호	불량
기타				높은 밀도

실시예 2b 및 8a-k의 제제를 소형 소다 석회 유리상에 이 크기로 최적화시킨 터치스크린 패턴으로 프린트하여, 터치스크린을 제조하였다. 실시예 2b 8a, 8j 및 8k의 제제는 또한 대형 유리 기판 및 적당한 대형 프린팅 스크린상에 프린트하여 터치스크린을 제조하였다. 모든 제제는 190℃ 이하의 온도에서 약 30분의 경화 주기로 경화시켰다. 소형 유리상에 프린트된 실시예 2b의 제제에 의해 형성된 두개의 터치스크린은, 실시예 8j 제제의 모든 터치 스크린에서와 같이, 200℃에서 1 시간 동안 사후 경화시켰다.

가요성이고 낮은 계수의 에폭시 수지 결합제를 갖는 모든 제제는 불량한 프린트 품질을 갖는 실시예 8d의 제제를 제외하고는, 주위 조건에서 양호한 터치스크린을 만들었다. 실시예 8f 및 8g의 제제는 건조시에는 기술된 범위내의 기능을 하는 수용할만한 터치스크린을 만드나, 이들은 수분에 과도하게 민감하고 50℃ 및 60% RH에서 단기간 후에는 기재된 범위를 넘게 된다.

실시예 8k는 기대 T_g가 250℃를 넘는 매우 단단한 수지이다. 이 프린트는 품질이 불량하고, 부적절한 터치스크린 성능의 원인이다.

충진제 함유량이 높은 실시예 8b 및 8i는 기대되는 바와 같이 높은 반사도를 갖고, 흡수도에 대한 반사도의 비율이 우수하다. 사용된 스크린 패턴은 이들 제제에 대하여는 최적화되지 않았고 따라서 시험 스크린이 부분적으로 기능적이다. 반사기 어레이 설계가 이들의 더 높은 밀도를 고려하여 최적화된다면 이들 제제는 우수한 터치스크린을 생산할 것이다.

LANDEC 경화제를 갖는 실시예 8h도 또한 양호한 터치스크린을 제조하지 못한다. 그 이유는 잘 알려져 있지 않으나, LANDEC 경화제 때문에 프린트 품질이 나쁘거나 높은 흡수도를 나타낼 수 있다.

실시예 2b(보통의 경화) 및 실시예 8j는 대형 크기의 양호한 터치스크린을 만드나, 실시예 8k는 대형 크기에 부적당하다. 실시예 8a는 양호한 대형 터치스크린 하나와 불량한 터치스크린 둘을 생산한다.

실시예 IX

이 실시예는 비스말레이미드, 시아네이트 에스테르 또는 UV 광 경화성 에폭시 수지로 만들어진 반사 엘리먼트를 갖는 터치스크린의 제조를 설명한다. 세 종류의 수지 각각으로 만들어진 잉크(상세한 조성 정보는 하기 표9에 제공됨)를 7×9 인치 터치스크린(제제당 2개의 스크린)상에 입혔다. 각각의 잉크는 잘 입혀지나, 잉크 9b가 두드러지게 더 두꺼웠다. 세 경우 모두에서, 중합체(즉, 반사 엘리먼트)를 유리에 결합시키기 위해 에폭시 실란 결합제를 사용하였다.

물질 또는 특성	실시예 9a(비스말레이미드)	실시예 9b(시아네이트 에스테르)	실시예 9c(UV 경화성 수지)
Matrimid 5292A(g)	100	-	-
Matrimid 5292B(g)	85	-	-
Arocy B-30(g)	-	100	-
CY-179^a(g)	-	-	100
Cycure6974(g)	-	-	19
N-메틸 피롤리돈(g)	135	-	-
에틸 락테이트(g)	52	20	20
노닐 페놀(g)	-	2	-
이소프로필 티오잔톤(g)	-	-	2.2
Lithopone^c(g)	210	-	-
텅스텐 M-20^b(g)	-	75	-
Min-U-Sil 5^c(g)	-	100	190
FC430(g)	0.2	0.2	0.2
에폭시 실란(g)	3	3	6
총(g)	585.2	300.2	337.4

밀도(gm/cm³)^d	1.91	1.926	1.81

^aCiba로부터의 시클로알리파틱 에폭시 수지(3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산 카르복실레이트).

^b분말(1.25 마이크론)

^c미국 Silica로부터의 실리콘 디옥사이드(5 마이크론)

^d용매의 완전 증발을 가정하여 계산됨

시아네이트 에스테르 및 UV 경화성 에폭시 수지로부터 제조된 터치스크린은 성능이 만족할만하였다. 그러나, 비스말레이미드 수지로부터 제조된 터치스크린은 신호 결여로 인하여 실패하였다. 실패한 장치를 현미경으로 조사한 결과, 반사기 엘리먼트가 발포되어 있었다. 높은 승점을 갖는 것을 포함하여, 용매 함량이 높은 제제는 충분히 건조되지 않고, 따라서 경화시 발포되는 것으로 생각된다. 만일 충분히 건조된다면, 만족할 터치스크린을 만들 것으로 생각된다.

실시예 X

잉크 제제가 음파 특성에 미치는 영향을 이해하기 위하여, 터치스크린을 50℃ 및 60% RH로 조건화하여 시험을 수행하였다. Dow DER 732/Ciba PY 307의 비가 15/85 내지 80/20 사이에서 변하는 실시예 8c, 8e, 8f 및 8g의 제제들로 터치스크린을 프린트시켰다(표준 제제는 100% PY 307을 갖는다). 더 많은 DER 723를 갖는 제제들은 더 낮은 가교결합 밀도를 가져서 더 많은 수분을 흡수하고, 이는 습도에 기초한 음파 성능의 변화를 가져올 수 있다.

50℃ 및 60% RH의 환경 챔버에서 3일 후, 실시예 8c 터치스크린의 파형 신호는 실시예 2b의 제제를 이용한 터치스크린에서 얻어진 것과 유사하게 보였다. 즉, 본질적으로 영향이 없었다. 대조적으로, 실시예 8f 및 8g의 제제로 제조된 터치스크린은 상당한 신호 손실을 보였다. 환경 챔버 밖에서의 단지 30분 후에는, 실시예 8g 터치스크린이 거의 모든 원래의 신호를 회복하였고, 이를 다시 챔버내로 넣은 30분 후에는 다시 상당한 신호 손실이 있었다. 따라서, 실시예 8f 및 8g의 제제를 이용하는 시스템은 터치 위치 감지기로서는 결함을 가지지만, 이 시험은 음향 반사 중합체 어레이가 습도 감지기 또는 적절한 조건하에서는 기타 화학물질 또는 가스의 특별한 감지기로서 이용될 수 있음을 시사하고 있다.

실시예 8c의 잉크 제제를 이용한 감지기는 실시예 2b의 잉크 제제를 이용한 감지기와 유사하다. 모두 습도에 민감하지 않다. 실시예 8d의 제제를 이용한 감지기는 프린트 품질이 불량하여 시험할 수 없었다. 제제 8e를 이용하여 구성된 감지기는 높은 습도에서 약간의 신호 손실이 있었고, 제제 2b와 제제 8f 및 8g 사이의 중간의 신호 손실이 있었다.

실시예 XI

선행 문헌의 음향적 화학물질 감지기와는 대조적으로, 본 발명에 따른 화학물질 감지기는 화학물질이 중합체의 음향 특성에 미치는 효과에 대하여 반응하고, 흡수된 화학물질의 질량과 반드시 연관되지 않는다. 오히려, 음향적 효과는 음파 경로에 놓여진 엘리먼트의 반사, 흡수 및(또는) 투과 특성의 변경일 것이다. 이 효과는 질량 흡수도에 비-선형적으로 연관되어, 특히 전이점 근처에서 높은 감수성을 가능하게 할 것이다.

또한, 본 발명은 또한, 공지의 질량 감지 기술 또는 본원의 반사도/흡수도/투과도 기술과 같은 화학물질 감지 시스템과 조합하여, 화학적으로 민감한 중합체영역을 구별하기 위하여 터치스크린 시스템의 공간적 해상도(spatial resolution)을 이용함으로써, 다채널 화학물질 감지기의 간소화된 생상이 가능하도록 하는 실시태양을 제공한다. 후자의 경우, 중합체가 반사 엘리먼트의 어레이를 형성하는데 사용되거나 또는 기판상에 막으로서 피착될 수 있다.

보통, 음향 화학물질 감지기는 감지기 표면에서의 기체 또는 화학물질 종의 흡수에 따라 표면층의 부피변화를 측정하고 있는 음파를 여기시킨다. 본 발명의 반사 엘리먼트는 반사기가 조그만 질량 변화에 대해서는 상대적으로 무감각하다는 점에서 다른 유형의 민감도를 갖고 있다. 오히려 화학물질, 예를 들면 흡수도의 영향이 파와 반사기의 음향적 상호작용을 변화시켜 수신 변환기에 감소된 신호 반사를 야기한다. 실시예 IX에서 알려진 효과는 반사기에 의한 증가된 음향 흡수율이라고 믿어지나, 이것은 음파 모드의 상호전환과도 관련이 있고 결과적으로 비정규적 각도로의 파의 전파로, 적절하게 수신되지 않는 것과도 관련이 있다. 또한 다른 효과도 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 특정 화학종에 대하여 선택적인 흡수성을 가져서 T_g와 같은 특성 변화를 가져오는 중합체가 감지기로서 사용될 수 있다. 이러한 경우, 이 시스템은 일반적으로 온도가 보정될 것이다. 시스템의 특성 때문에 일정 범위의 민감도를 갖는 감지기를 제공한다면 많은 상이한 중합체가 피착될 수도 있다. 상이한 중합체는 수신 변환기에서 수신된 펄스로부터의 특징적인 시간 지연으로 구별된다.

또는, 본원의 감지기 시스템의 공간적 해상도는 예를 들어 두 비혼합성액체(예를 들어, 가솔린 또는 기름과 물) 사이의 분리선의 레벨 게이지(level gage)로서 사용될 수도 있다. 물과 비교하여 탄화수소에의 노출로 인하여, 상관된 유리전이온도의 변화를 갖고 차등적 팽창도(differential swelling)를 갖는 중합체가 잘 알려져 있다. 따라서, 본원의 시스템은 이러한 중합체로 형성된 반사 엘리먼트 세트를 포함하고, 전이(transition)의 위치를 결정하기 위하여 혼합 액체 탱크에 담구어질 수 있다. 고흡수를 야기하는 액체에 노출된 중합체는 팽창할 것이고, 이 팽창은 음향적으로 제3 차수 파(a third order wave)와 같은 예를 들어 수평적으로 편광된 전단파에 의해 감지될 수 있다. 전이 영역(따라서 액체 수위)은 회송 신호에서의 감쇄 패턴의 특징적인 시점에 기초하여 결정될 수 있다.

또한 이 시스템은 기판상에 피착된 중합체 층을 갖고, 더욱 전통적인 음향 화학물질 감지기(질량 변화에 기초하는)로서 사용될 수도 있다. 따라서 이 시스템은 중합체 상의 국부적 영향을 공간적으로 결정하는 것을 가능하게 하거나, 특징적인 시간 지연으로 구별되는 상이한 중합체의 사용을 가능하게 한다.

일부 UV광 경화성 중합체는 낮은 가교결합도를 가져서 화학물질의 영향을 받을 것으로 기대된다. 이들 중합체 잉크를 이용하는 감지기는 환경적 영향 범위에서 안정적이지 못할 것이다.

실시예 XII

본 실시예는 조밀한 충진제로서 황산바륨만을 사용한 것을 보여준다. 하기의 황산바륨으로 충진된 자외선 잉크를 1/8인치 두께의 유리상에 프린트하여 SAW터치스크린을 제조하였다. 이 공정은 먼저 X-축 어레이를 프린트하고 이를 2J/cm²의 세팅에서 부분적으로 경화시킨다. 이어서 y-축 어레이를 프린트하고 양 어레이를 자외선 원을 한번 통과시켜 11.5-12.0 J/cm²으로 최종 경화시킨다. 유리의 출구 온도는 Raytek IR 건으로 측정시 97-99℃였다. 제제는 하기 표10에 열거하였다. 3개 표본을 프린트 및 경화시켰을 때, 모두 허용할만한 SAW 터치스크린을 만들었다.

물질	중량(g)
Cyracune UVR 6110 50.0Epon 862 50.0Cyracure 6974 6.0Phenothiazine 0.081,4 Butanediol 5.0BaSO₄116.0FC-430 0.2에폭시 실란 10.0Cab-O-Sil TS-720 3
총 240.28부피% 충진제 21.0밀도, g/cm³1.82

이 잉크는 프린트하기 쉬웠고 완전한 외양의 프린트를 만들었다. 0이 가장 나쁘고, 10이 가장 좋은 0 내지 10의 등급에서, 프린트가능성은 9이고 그 프린트 품질은 10이었다.

지금까지의 상세한 설명 및 실시예는 본원 발명의 양상 및 실시예를 설명하기 위해 제공하였고, 각 요소의 기타 다양한 가능한 조합 및 부조합을 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다. 이들은 인용된 선행 문헌 및 청구범위의 관련된 양상을포함하여 명세서 전체를 고려하여 추론되어야 한다. 따라서 본원 발명은 터치 감지 시스템의 제조에 사용되는 조성물, 특히 음향적으로 반사되는 엘리먼트를 혁신하는 시스템을 기술함으로써 음향 터치스크린의 분야를 확장시켰다. 실시예들이 본원 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니고, 본원 발명의 범위는 오직 첨부된 청구범위에서 적절하게 묘사된다.

Claims

(a) 음파를 전파할 수 있는 기판과,

(b) 상기 기판상에 형성되고, 각각의 반사 엘리먼트가 입사 음파의 일부를 반사하는 다수의 반사 엘리먼트를 가지는 반사 어레이를 포함하며,

여기서 상기 반사 어레이가 유기 매트릭스를 함유하고, 이 유기 매트릭스는 형성 후, 상기 기판에 화학적으로 결합되는 것인 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기 매트릭스가 경화성 수지를 함유하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기 매트릭스가 열경화 개시 온도가 약 250℃ 미만인 열경화성 수지를 함유하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기 매트릭스가 자외선광 경화성 수지를 함유하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기 매트릭스가 에폭시 수지, 시아네이트 에스테르 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 비스말레이미드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 경화성 조성물을 포함하는 중합체를 함유하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기 매트릭스가 유리전이온도가 약 120℃를 초과하는 중합체를 함유하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기 매트릭스가

(a) 에폭시, 시아네이트 에스테르, 폴리에스테르, 페놀 및 비스말레이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 관능기를 갖는 하나 이상의 조성물을 포함하고, 관능도가 약 1.7을 초과하는 중합체 수지와;

(b) 약 250℃ 미만의 온도에서 상기 수지의 경화를 개시할 수 있는 열경화성 경화제; 및

(c) 실란 관능기 및 상기 중합체 수지와 공유결합할 수 있는 부가적인 관능기를 갖는 실란 조성물을 함유하는 터치 감지 시스템.
제7항에 있어서, 유리를 습윤시킬 수 있는 계면활성제를 더 함유하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 반사 엘리먼트가 약 4.0 g/cm³를 초과하는 밀도를 갖고 상기 유기 매트릭스중에 분산되어 있는 조밀한 충진제를 더 함유하는 터치 감지시스템.
제9항에 있어서, 상기 조밀한 충진제가 분쇄된 텅스텐, 텅스텐 트리옥사이드, 텅스텐 카바이드, 탄산칼슘, 산화납, 산화아연, 황산바륨, 황화아연 및 이산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 터치 감지 시스템.
제9항에 있어서, 상기 조밀한 충진제가 황산바륨 및 황화아연의 공침전물(coprecipitate)을 함유하는 것인 터치 감지 시스템.
제9항에 있어서, 상기 조밀한 충진제가 주로 황산바륨으로 이루어진 것인 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 기판이 상기 반사 어레이를 기판상에 형성하기 전에 실란 조성물로 처리된 규산질 조성물을 함유하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 기판이 규산질 조성물을 함유하고 상기 유기 매트릭스가 실란 조성물을 더 포함하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기 매트릭스가 상기 기판상에 프린트되는 것인 터치감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 기판이 강화 유리를 포함하는 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 기판이 음극선관의 면판(faceplate)인 터치 감지 시스템.
제1항에 있어서,

(i) 상기 기판으로부터 음파를 수신하는 변환기를 더 구비하고;

(ii) 상기 반사 어레이의 각 엘리먼트가 상기 변환기로 향하는 상기 음파의 일부를 반사하여, 50℃의 온도에서 10% 내지 60% RH의 습도 변화하에서 실질적으로 일치하는 신호가 상기 변환기에 의해 생성되도록 하는 터치 감지 시스템.
(a) 음파를 전파할 수 있는 기판과,

(b) 상기 기판상에 형성되고, 각각의 반사 엘리먼트가 입사 탄성 표면파의 일부를 반사하는 다수의 반사 엘리먼트를 가지는 반사 어레이를 포함하며,

여기서 상기 반사 어레이가 유기 매트릭스를 함유하고, 이 유기 매트릭스는 약 50℃ 초과 및 약 250℃ 미만의 온도에서 경화하는 열경화성 중합체인 터치 감지 시스템.
(a) 음파를 전파할 수 있는 기판과,

(b) 상기 기판상에 형성되고, 각각의 엘리먼트가 입사 음파의 일부와 상호작용하는 다수의 엘리먼트를 가지는 반사 어레이를 포함하며,

상기 반사 어레이는 유기 매트릭스를 함유하고, 유기 매트릭스는 형성 후, 화학물질을 선택적으로 흡수하여 입사 음파와의 상기 상호작용을 변화시켜, 이 상호작용의 변화에 기초하여 화학물질의 농도가 측정될 수 있는 화학물질 감지 시스템.
제20항에 있어서, 상기 화학물질이 기체형태로 존재하는 화학물질 감지 시스템.
제20항에 있어서, 상기 화학물질이 액체로서 또는 액체에 용해되어 존재하는 것인 화학물질 감지 시스템.
(a) 탄성 표면파를 전파할 수 있는 기판;

(b) 상기 기판상에 형성되고, 각각의 엘리먼트가 입사 음파의 일부를 반사하는 다수의 엘리먼트를 가지는 반사 어레이;

(c) 음파의 반사부분을 수신하는 변환기; 및

(d) 상기 기판상에 피착된 화학종에 대하여 선택적인 흡수도를 갖는 중합체를 포함하는 화학종 감지를 위한 감지 시스템으로서,

상기 중합체에 의한 화학종의 흡수율의 변화가 상기 중합체의 음파 특성을 변화시키고, 중합체의 음향 특성에서의 변화 위치가 상기 변환기에 의해 수신되는 음향 신호의 특정 시점에 의해 나타내어지는 화학종 감지를 위한 감지 시스템.