專利名稱：具有疊層襯底的聲觸摸傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲觸摸屏幕襯底。具體地說，本發(fā)明涉及既支持洛夫波又支持類瑞利波的多層觸摸屏幕襯底。
背景技術(shù)：
本文中使用的包括觸摸傳感器的觸摸屏幕是用于計(jì)算機(jī)或其他電子系統(tǒng)的透明或不透明的輸入裝置。透明觸摸屏幕通常設(shè)置在諸如陰極射線管監(jiān)視器以及液晶顯示器等顯示裝置的上面。這樣就構(gòu)成觸摸顯示系統(tǒng)，現(xiàn)已日益廣泛地使用在商業(yè)應(yīng)用中，包括飯店定菜輸入系統(tǒng)、工業(yè)過程控制應(yīng)用、博物館的交互展示、公共信息亭、尋呼機(jī)、蜂窩電話和個(gè)人數(shù)字助理。
目前，主流觸摸技術(shù)是阻性、容性、紅外以及聲控。這些觸摸屏幕都有高標(biāo)準(zhǔn)的性能和具有競爭力的價(jià)格。聲觸摸屏幕，也稱為“超聲”觸摸屏幕，一直能夠與其他觸摸技術(shù)相抗衡。這大部分是由于聲觸摸屏幕能夠以高透明度、高分辨率的觸摸性能來處理高要求的應(yīng)用，同時(shí)又能提供耐用的觸摸表面。隨著聲觸摸屏幕的技術(shù)不斷發(fā)展，耐用的觸摸表面仍將是關(guān)鍵的銷售特征和產(chǎn)品要求。
基于聲波的應(yīng)用的觸摸屏幕都是觸感襯底，其中聲波在襯底上傳播，對觸感襯底某位置的觸摸導(dǎo)致在襯底上傳播的波至少一部分被吸收。利用電子電路在XY坐標(biāo)系統(tǒng)中定位所述吸收位置來確定觸摸位置。通常類型的聲觸摸屏幕采用瑞利波類型的聲波，本文中使用的包括準(zhǔn)-瑞利波。關(guān)于瑞利波觸摸屏幕的說明性公開文件包括美國專利No.4,642,423；4,645,870；4,700,176；4,746,914；Re33,151；4,825,21；4,859,996；4,880,665；4,644,100；5,739,479；5,708,461；5,854,450；5,986,224；6,091,406；6,225,985；和6,236,691。采用其他類型聲波，例如Lamb或剪切波，或不同類型聲波的組合(包括涉及瑞利波的組合)的說明性公開文件包括美國專利No.5,591,945；5,854,450；5,072,427；5,162,618；5,177,327；5,329,070；5,573,077；6,087,599；5,260,521；和5,856,820。所有以上引述的專利均作為參考包括在本文中。
聲觸摸屏幕，包括通過瑞利波的吸收來感測觸摸的E1oTouchSystem，Inc.Intellitouch產(chǎn)品已證明在商業(yè)上是很成功的。利用瑞利波的產(chǎn)品取得成功主要是由于瑞利波的以下兩種特性。第一，瑞利波對于觸摸具有比其他聲波更高的敏感度。第二，瑞利波是表面波，能在任何簡單的單一玻璃襯底表面上傳播。
但瑞利波也有缺點(diǎn)。例如，為使瑞利波在觸摸屏幕襯底中傳播，襯底通常必須是進(jìn)入襯底的波長的三到四倍厚。因此，瑞利波需要厚重的襯底，這對于許多應(yīng)用，包括具有觸摸屏幕的便攜式電子裝置來說是不利的。
此外，由于瑞利波限于或靠近襯底表面，對于液體雜質(zhì)，例如油和水，以及靠近觸摸屏幕表面的其他材料，例如密封劑等，瑞利波觸摸屏幕會具有更高的敏感度。雜質(zhì)或其他靠近的材料吸收傳播中的波的能量，可能產(chǎn)生沿襯底軸線延伸的、橫斷雜質(zhì)的盲區(qū)或盲點(diǎn)。結(jié)果，觸摸屏幕不能夠檢測到沿盲區(qū)軸的觸摸。因此，在瑞利波觸摸屏幕暴露于水時(shí)以及設(shè)計(jì)暴露的觸摸表面和觸摸屏幕襯底的封閉區(qū)之間的密封件時(shí)都需要特別當(dāng)心。對于有大量液體雜質(zhì)的應(yīng)用，使用瑞利波就很成問題。
使瑞利波觸摸屏幕的性能優(yōu)化的能力是有限的，因?yàn)椴荒塥?dú)立選擇觸摸敏感度和最小觸摸屏幕厚度。為了在厚度減小而其他尺寸保持不變的觸摸屏幕中能支持瑞利波，波長或頻率必須減小以保持聲波的單表面限制。瑞利波的特性是其限制深度與波長有關(guān)，波長減小，限制深度減小。結(jié)果，聲波限于以表面為界的較淺的區(qū)域，而給定的吸收介質(zhì)所吸收的聲波能量的比例增加。實(shí)驗(yàn)表明大約隨波長的負(fù)二次方而變化。如前所述，利用瑞利波的觸摸屏幕被認(rèn)為對于某些應(yīng)用，甚至對于較厚的顯示板，其敏感度不適合，這樣減小觸摸板的厚度就會使觸摸屏幕對于表面雜質(zhì)或其他靠近材料更為敏感。反之，增加準(zhǔn)瑞利波波長來降低敏感度會導(dǎo)致面板厚度和重量的增加。最后，觸摸屏幕大批量生產(chǎn)的商業(yè)經(jīng)濟(jì)希望各種各樣的觸摸屏幕在同樣的工作頻率下使用同樣的電子電路。因此需要一種瑞利波觸摸屏幕，其敏感度、最小厚度和重量都可改變，但聲波的波長不變。
剪切波模式的觸摸屏幕在業(yè)界已眾所周知。這些系統(tǒng)通過在襯底中激勵非色散的零次水平偏振剪切波(ZOHPS)來工作。這種觸摸屏幕在授予Knowles的美國專利No.5177327和No.5329070中作了說明和圖示，并且由Exzec Inc.和Carroll Touch Inc.銷售，商品名為SureTouchTM。
如果在觸摸屏幕中使用水平偏振剪切波(以下也稱為“剪切波”)，瑞利波觸摸屏幕的一些缺點(diǎn)就可避免。例如，在任意薄的襯底中都可支持剪切波，而且事實(shí)上，襯底應(yīng)保持在小于兩個(gè)波長的厚度，以抑制高次波和諧波。所以，剪切波觸摸屏幕非常適用于必須減小觸摸屏幕重量的應(yīng)用中。
但非常薄的襯底，例如原來在剪切波觸摸屏幕中使用的1mm厚的鈉鈣玻璃，卻不耐用。為了增加厚度從而增加1mm厚的玻璃襯底的耐用性，將剪切波在其中傳播的襯底利用非剪切波耦合的粘接劑層疊到背板上。用來把襯底粘接到背板上的合適的粘接劑是一種硅橡膠粘接劑，它即使在固化后仍保持液狀。
授予Weighers等人的美國專利No.5856820公開了用于支持剪切波的SureTouchTM襯底的層疊方法。但層疊的SureTouchTM襯底不能耐受在美國專利No.5648643所公開的化學(xué)腐蝕嵌入的反射陣列工藝。例如，硅橡膠不能耐受所述專利所公開的固化銀熔接材料所需的高燒結(jié)溫度。因此，所公開的層疊工藝是一種在1mm厚的聲襯底中制造完反射陣列后進(jìn)行的下游制造工藝。下游疊層工藝使制造過程的成本顯著增加。因此需要提供一種耐用的防水的支持剪切波觸摸屏幕襯底，但又不必花費(fèi)成本在下游層疊工藝上就可制造。
授予Keni的美國專利No.5591945公開了一種用2.3mm厚的玻璃襯底構(gòu)成的剪切波觸摸屏幕。這種觸摸屏幕利用高次水平偏振剪切波(HOHPS)來感測觸摸。如所述專利所提出的，瑞利波沿陣列傳播，并由非-45°反射器將其模式轉(zhuǎn)換成n＝4的HOHPS波。
在許多應(yīng)用中，2.3mm厚的玻璃襯底在結(jié)構(gòu)上已足夠結(jié)實(shí)而不再需要疊層襯底，但這種支持HOHPS的觸摸屏幕也有缺點(diǎn)。例如，2.3mm厚的支持HOHPS的玻璃襯底也支持許多其它的聲模式，包括其它次的HOHPS波，ZOHPS波，瑞利波和大量的Lamb波。這些附加的聲模式會導(dǎo)致不需要的寄生聲信號。基于HOHPS波的聲觸摸屏幕還需在市場上展示。于是，還有一種需要尚待滿足，即提供一種價(jià)廉而耐用的觸摸屏幕襯底，它能支持所需要的防水剪切波，同時(shí)支持最少的其他額外聲模式。
和瑞利波觸摸屏幕不同，即使在有大量表面雜質(zhì)時(shí)剪切波觸摸屏幕也能適當(dāng)再構(gòu)建觸摸位置。即使觸摸表面完全浸入水下，工作繼續(xù)進(jìn)行。以下說明水平偏振剪切波對水和其他雜質(zhì)比較不敏感的物理機(jī)理。和瑞利波不同，剪切波在襯底中只引發(fā)水平運(yùn)動，在觸摸屏幕襯底表面上沒有垂直運(yùn)動。結(jié)果，瑞利波和剪切波具有明顯不同的觸摸傳感特性。與瑞利波相關(guān)聯(lián)的襯底表面的垂直運(yùn)動通過壓力波輻射到接觸介質(zhì)中而產(chǎn)生吸收。手指觸摸和同樣接觸區(qū)域的水滴的吸收是類似的。但是，剪切波不會將壓力波輻射到接觸介質(zhì)中，而是主要通過粘滯衰減被吸收。由于水的粘性比手指肌肉小得多，所以剪切波對水滴的反應(yīng)就比對手指的反應(yīng)小很多。對于會受水或其他液體顯著污染的聲觸摸屏幕應(yīng)用，水平偏振剪切波就比使用瑞利波具有重大的優(yōu)越性。
雖然剪切波對水和其他雜質(zhì)的敏感度較低，但剪切波對觸摸的敏感度也比瑞利波差很多。對于實(shí)際的觸摸屏幕襯底厚度，給定的觸摸所吸收的截取能量的百分比，瑞利波可比相比擬的ZOHPS剪切波大五倍。為了補(bǔ)償這種基本聲敏感性方面的差異，利用ZOHPS波的觸摸屏幕就需要特殊的控制器。這些控制器比瑞利波觸摸屏幕所需要的控制器更復(fù)雜，于是控制器設(shè)計(jì)的成本增加。因此，最好又有剪切波觸摸屏幕的優(yōu)點(diǎn)，又不相應(yīng)減少原始觸摸信號的強(qiáng)度，這樣就可使用不太復(fù)雜和不太昂貴的控制器。
洛夫波觸摸屏幕在業(yè)界也已共知，但還有待作商用開發(fā)。通常，洛夫波是一種水平偏振剪切波，它在襯底的一個(gè)表面上有波能量，而在相對的表面上能量少得多。和瑞利波一樣，洛夫波限于觸摸表面并隨深度成指數(shù)型衰減。和瑞利波不同的是，洛夫波不存在于均勻介質(zhì)中。數(shù)學(xué)上，支持洛夫波的最簡單的襯底是與呈現(xiàn)快速體剪切波速度的下部半無限介質(zhì)相接合的有限厚度的上層。實(shí)際上，所述下介質(zhì)可以是有限厚度的層，只要它足夠厚、足以包含許多倍的波幅指數(shù)衰減長度。具有多層的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也可支持洛夫波。
使用洛夫波作為在有低粘度液體時(shí)進(jìn)行工作的手段在聲化學(xué)傳感器領(lǐng)域已眾所周知?？蓞㈤啠?，Gizeli等的“Novel洛夫波-plate acoustic sensor utilizing polymer overlays”，Trans.UFFCSeptember 1992，p.657；Jakoby and Vellekoop，“Analysis ofand Optimization of洛夫波Wave sensors”，Trans.UFFCSeptember 1998，p.1293；Jakoby and Vellekoop，“Analysis ofViscous Losses in the Chemical Interface Layer of洛夫波Wavesensors”Trans.UFFC May 2000，p。696。雖然這些文章說明了基本原理，但從實(shí)際工程意義上來說，它們與觸摸屏幕技術(shù)還相距甚遠(yuǎn)?；瘜W(xué)傳感器的活性區(qū)一般非常小，例如一個(gè)平方英寸的幾分之幾，而且透明度不相干(irrelevant)?；瘜W(xué)傳感器的洛夫波襯底通常是壓電型的，以便能使用叉指式換能器。而觸摸屏幕通常有數(shù)十到數(shù)百平方英寸的面積。從經(jīng)濟(jì)原因考慮，商用聲觸摸屏幕的襯底不用壓電材料制作，而透明度對許多應(yīng)用卻至關(guān)重要。因此，對于如何成本低廉地設(shè)計(jì)和制造用于聲觸摸屏幕的洛夫波襯底，先有技術(shù)的化學(xué)傳感器所提供的線索有限。
在先有技術(shù)中，或含蓄或明確地披露過洛夫波觸摸屏幕。例如，授予Knowles的美國專利No.5329070可以解釋為公開了一種將剪切速度較慢的介質(zhì)接合到剪切速度較快的背板上的一種洛夫波襯底。授予Kent的美國專利No.5591945公開了使用由2mm或3mm厚的硼硅玻璃接合到3mm厚的鈉鈣玻璃上的支持洛夫波的襯底。此外，授予Kent的美國專利No.5854450公開了洛夫波襯底可以含有多于兩層的疊層結(jié)構(gòu)。美國專利No.5854450公開了包括在2mm厚的玻璃上的100微米的鉛基熔接層、鋁上的琺瑯和陶瓷上的釉的各種可能的洛夫波襯底結(jié)構(gòu)。
設(shè)置在顯示裝置前面的觸摸屏幕的襯底必須是透明的。在觸摸顯示系統(tǒng)中，最理想的是提供對用戶看到的顯示圖象影響最小的觸摸輸入功能。但對于某些應(yīng)用，觸摸輸入裝置不必是透明的。例如，考慮像鼠標(biāo)一樣可以允許用戶控制光標(biāo)的跟蹤墊。對于某些市場應(yīng)用，改進(jìn)的聲襯底設(shè)計(jì)也會有機(jī)會，即使它們是不透明的。
如美國專利No.5854450所討論的，聲傳感器可以設(shè)計(jì)成各種形狀供多種應(yīng)用場合使用，除了用戶控制基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)外還可有其它用途。例如，在美國專利No.5854450的

圖19所示的圓柱形傳感器可能是機(jī)器人手臂的部分金屬外殼。這樣，大暴露面積能提供觸摸敏感性并用作碰撞檢測。傳感器的信息在機(jī)器人系統(tǒng)中可用來確定什么時(shí)候停止或修改機(jī)器人手臂的運(yùn)動。如果應(yīng)用要求拒斥因水雜質(zhì)等的虛假碰撞信息，那么最好使用剪切模式。這是另一種可以從改進(jìn)的觸感襯底獲益的觸摸傳感器的應(yīng)用。
于是，普遍認(rèn)為需要一種改進(jìn)的聲觸摸屏幕襯底，它們支持瑞利波和洛夫波、耐用、并對觸摸有較高的敏感性，但對水和其他雜質(zhì)又相對不敏感。而且普遍認(rèn)為需要的這種觸摸屏幕襯底應(yīng)制造簡易且成本低廉。
發(fā)明簡介按照本發(fā)明，可以克服先有技術(shù)的疊層聲波觸摸屏幕襯底的缺點(diǎn)。本發(fā)明的疊層觸摸屏幕襯底包括微型片(觸摸表面)、平板和位于板和微型片之間的聚合物片。微型片，聚合物片和平板各自都支持體剪切波。因此，本發(fā)明的襯底可以用在洛夫波-洛夫波-洛夫波，瑞利波-瑞利波-瑞利波以及瑞利波-洛夫波-瑞利波觸摸屏幕中。此處所討論的瑞利波和類瑞利波包括任何具有垂直和縱向運(yùn)動的表面合成波。
在一個(gè)實(shí)施例中，微型片和平板是玻璃并且所述聚合物具有高透明度，形成適合于在透明應(yīng)用場合、例如顯示器中使用的玻璃/聚合物/玻璃襯底。在另一實(shí)施例中，微型片和平板可以是金屬，形成適合于在不透明應(yīng)用場合、例如鍵盤、跟蹤墊和機(jī)器人外殼傳感器等中使用的金屬/聚合物/金屬襯底。
在本發(fā)明的襯底中使用聚合物有許多優(yōu)點(diǎn)。在洛夫波-洛夫波-洛夫波襯底中，聚合物片起著至關(guān)重要的作用，因它降低了平板內(nèi)漸消失波的幅度，從而又增加了襯底的敏感度，但又不會降低襯底對水和其他雜質(zhì)的不敏感性。
此外，聚合物片允許制作厚度減小的瑞利波-瑞利波-瑞利波襯底，因此減輕了重量。具體地說，有可能制造總厚度小于1mm的瑞利波-瑞利波-瑞利波襯底，因?yàn)楸景l(fā)明允許將平板的厚度減小到原來的三分之一。這就可將具有高敏感度的瑞利波-瑞利波-瑞利波襯底用在便攜式觸摸屏幕應(yīng)用場合。
而且，本發(fā)明的觸摸屏幕襯底比先有技術(shù)的聚合物/平板兩層襯底更為耐用，因?yàn)榫酆衔锲晌⑿推Ｗo(hù)。
最后，本發(fā)明的襯底的另一優(yōu)點(diǎn)是可以在非常低的成本基礎(chǔ)上容易地制造。
本發(fā)明的這些以及其他目的，優(yōu)點(diǎn)和新穎特性從以下附圖和說明中可以更充分地理解。
附圖簡介圖1是本發(fā)明的觸摸屏幕襯底的第一實(shí)施例的截面圖；圖2是本發(fā)明的觸摸屏幕襯底的第二實(shí)施例的截面圖；圖3是本發(fā)明的觸摸屏幕襯底的第三實(shí)施例的截面圖；圖4是利用圖1的襯底、其上設(shè)置有換能器和反射器的洛夫波-洛夫波-洛夫波觸摸屏幕的頂視圖；圖5是設(shè)置有楔形換能器的圖1的襯底的透視圖；圖6是對于圖1的聚合物片的各種厚度洛夫波-洛夫波-洛夫波襯底的計(jì)算群速與頻率之間關(guān)系的曲線圖；圖7是對于洛夫波和瑞利波，本發(fā)明襯底的計(jì)算相速與頻率之間關(guān)系的曲線圖；圖8A是均勻襯底中標(biāo)準(zhǔn)瑞利波的深度分布圖；圖8B是圖1的襯底中低次類瑞利波的深度分布圖；圖9是對于具有不同聚合物片厚度的修改的圖1的襯底、類瑞利波的群速與頻率之間關(guān)系的曲線圖；圖10是本發(fā)明的觸摸屏幕襯底的第四實(shí)施例的截面圖；圖11是圖10所示襯底的一個(gè)實(shí)施例的類瑞利波的群速與頻率之間關(guān)系的曲線圖；以及圖12是利用圖1的襯底、其上設(shè)置有換能器和反射器的瑞利波-洛夫波-瑞利波觸摸屏幕的頂視圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明參閱圖1，本發(fā)明的觸摸屏幕襯底1具有作為觸摸表面的上微型片3、中間聚合物片5和底板7。上微型片3具有上表面9和下表面11，通常是一種支持剪切波的堅(jiān)硬且抗劃傷的材料，能對整個(gè)襯底提供表面強(qiáng)度和耐用性。但是，如果平板7的平整度有偏差，那么，微型片3必須足夠薄以保持一定的柔性，以便在層疊過程中與平板7相適應(yīng)。薄的微型片在提供理想的聲特性方面也是很有利的并考慮到觸摸屏幕襯底的廉價(jià)制造。
微型片可以是玻璃、金屬、陶瓷和任何具有類似聲特性的其他材料以及它們的合成物。在優(yōu)選實(shí)施例中，微型片的厚度小于300微米。對于觸摸屏幕設(shè)置在顯示器前面的應(yīng)用，微型片必須透明，可以用玻璃制成。適合于形成微型片的玻璃包括鈉鈣玻璃，冕玻璃，硼硅玻璃，以及含鋇，鍶，和鉛的玻璃。對于諸如鍵盤，跟蹤墊，以及水下機(jī)器人外殼等的觸摸屏幕應(yīng)用，微型片可以是一種不透明材料，例如金屬，包括但不限于鋁和鋼。適合使用在本發(fā)明的優(yōu)選微型片的實(shí)例列示于下表1。
表1
對于表1的所有微型片厚度，包括220微米厚的Corning 0211，微型片都具有必要的柔性，在壓力和溫度粘接過程中與下面的玻璃平板的形狀相適應(yīng)。由于微型片的剛性與厚度的立方成正比，所以，220微米厚的玻璃微型片的柔性大約比1mm厚的玻璃片強(qiáng)100倍。100微米厚的玻璃微型片的柔性大約比220微米厚的玻璃片強(qiáng)10倍。所以，我們認(rèn)為厚度小于300微米的玻璃微型片具有可以支持疊層過程的柔性，但1mm厚的玻璃片沒有足夠的柔性來與下面的玻璃板相適應(yīng)。
底版7是觸摸屏幕襯底的主要結(jié)構(gòu)層，它有上表面13和下表面15。和微型片3類似，平板7也是一種支持剪切波的材料。此外，平板7最好具有比較低的聲衰減。當(dāng)襯底1用在透明觸摸屏幕的應(yīng)用場合時(shí)，平板7可以用多種玻璃形成，包括對微型片3所討論的那些玻璃。最好平板7用鈉鈣玻璃形成，因?yàn)閮r(jià)格便宜。雖然鈉鈣玻璃板標(biāo)稱是平整的，但當(dāng)沒有下游的玻璃研磨和拋光時(shí)，它們距理想的平整度還有些微差距。對于諸如鍵盤，機(jī)器人外殼傳感器等不透明的觸摸屏幕應(yīng)用，平板7可以用具有可接受的聲損耗的金屬制成，例如鋁、鋼或其組合以及陶瓷。
不論平板7是玻璃、金屬或其他材料，平板7應(yīng)足夠厚，以使整個(gè)觸摸屏幕襯底具有剛度。如果平板是玻璃的，則平板厚度應(yīng)大于2mm，以提供必要的剛度。在優(yōu)選實(shí)施例中，平板是3mm厚的鈉鈣玻璃板。如果平板是金屬的，則平板應(yīng)有提供必要的機(jī)械剛度所需的厚度。在優(yōu)選實(shí)施例中，平板是3mm厚的鋁板或鋼板。
微型片3和平板7相互不直接接合，而是各接合到中間聚合物片5，形成多層觸摸屏幕襯底1。聚合物片5具有上表面17和下表面19，而且，在隔離時(shí)，支持體剪切波，或簡稱“支持剪切”。最好聚合物片所用的聚合物具有高透明度，玻璃轉(zhuǎn)變溫度至少為260°K，并且有低的聲衰減。此外，如果聚合物具有低吸濕性和環(huán)境穩(wěn)定性就更為有利。這類聚合物包括結(jié)晶型和玻璃型聚合物。
與先有技術(shù)的兩層聚合物/玻璃觸摸屏幕襯底相比，三層玻璃/聚合物/玻璃襯底的優(yōu)點(diǎn)是“埋置”了聚合物片，因此就可以使用較脆以及耐沖擊較差的聚合物。而且，由于聚合物設(shè)置在微型片3和平板7之間，所以不用擔(dān)心聚合物的抗劃傷問題。這樣，對于用做聚合物片5的聚合物類型就可有更多的選擇。
適合于作聚合物片5的聚合物包括聚苯乙烯，聚丙烯酸脂，聚醚砜(sulfones)，多環(huán)烯烴(olefin)和它們的組合。應(yīng)當(dāng)指出，硅橡膠是一種非剪切波耦合的材料，因此不能用作本發(fā)明的中間層。厚度均勻的薄聚合物片材市場上就能買到且價(jià)格便宜。適合的聚合物片包括Dow制造的聚苯乙烯薄膜，商品名為Styron。在優(yōu)選實(shí)施例中，聚合物片的厚度小于300微米，能確保聚合物片有足夠的柔性來適應(yīng)平板可能發(fā)生的任何偏差。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，聚合物是一種通用的聚苯乙烯，而不是含有橡膠范疇的高沖擊聚苯乙烯。通用的聚苯乙烯特別適合，因?yàn)樗阋?，對聲波的衰減效果很小，并且可允許有合適的在1150m/s范圍內(nèi)的波速。用于本發(fā)明的一種優(yōu)選的聚合物片是32微米厚的聚苯乙烯片，由Kama公司制造，在加州，Santa Fe Springs的MultiPlastics可購得。除了市售的預(yù)成型聚合物片外，也可考慮用“現(xiàn)場”聚合的方法形成聚合物片5，見以下實(shí)例3的詳細(xì)討論。
為了提供均勻的聲特性，中間聚合物片5最好具有均勻的厚度，而不管平板7的平整度的偏差。為此，聚合物片5應(yīng)有柔性以便在疊層過程中與平板相適應(yīng)。選擇一種疊層溫度，使之高于聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度但低于聚合物的熔融溫度，就可容易地提高聚合物片5的柔性。另外，通過選擇高于聚合物熔融溫度的溫度并利用所述高度粘滯的熔融物來維持基本上均勻的厚度同時(shí)使之適應(yīng)平板7的變化，可以大大提高所述聚合物的柔性。
微型片3、聚合物片5和平板7疊置在一起形成觸摸屏幕襯底。由于在使用時(shí)襯底會受到溫度、濕度和各種機(jī)械力的變化的影響，在微型片3、聚合物片5和平板7之間要有牢固的接合是很重要的。微型片、聚合物片和平板的物理疊加可以用業(yè)界已知的任何方法實(shí)現(xiàn)，包括但不限于利用壓力、利用加熱和壓力、以及利用加熱和壓力以及接合劑。
在聚合物片5、微型片3和平板7之間的界面的共價(jià)接合對于許多觸摸屏幕應(yīng)用特別適合。利用一種接合劑就可形成牢固的共價(jià)接合。將聚合物接合到玻璃或金屬襯底上的適合的接合劑業(yè)界已熟知，從許多化學(xué)品公司都可購得，包括Gelest.Inc.in Tullytown，Pa.。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用硅烷偶聯(lián)劑在聚合物片5的上表面17和微型片3的下表面11之間、以及在聚合物片的下表面19和平板7的上表面13之間形成共價(jià)接合。使用硅烷化學(xué)共價(jià)接合的優(yōu)點(diǎn)在于不象典型的接觸粘接劑會強(qiáng)烈吸收聲波，硅烷薄膜不會影響聲波的傳播。此外，在低成本的觸摸屏幕襯底疊加過程中，硅烷化學(xué)物可以支持使用較低的溫度和壓力。
實(shí)例1圖1所示的本發(fā)明的三層觸摸屏幕襯底是用表1的全部三種微型片3mm厚的鈉鈣玻璃片作平板7、32微米厚的聚苯乙烯片構(gòu)成的。微型片3的一側(cè)和平板7的一側(cè)浸入0.1％疊氮砜硅烷(azido sulfonesilane)丁酮涂漬溶液中?；蛘撸梢钥紤]將整個(gè)聚合物片浸入到硅烷涂漬溶液中。然后微型片和平板在空氣中干燥，并在爐中110℃下固化足夠的時(shí)間，以便使硅烷分子共價(jià)接合到玻璃微型片和平板上。在干燥過程中，涂漬溶液中的溶劑蒸發(fā)掉，留下幾個(gè)分子厚的硅烷涂層在微型片和平板上。硅烷涂層的厚度可以忽略，所以不會增加襯底的厚度。然后將觸摸屏幕襯底的各層疊加在一起、使得聚合物片5位于微型片3和平板7的硅烷涂覆側(cè)之間。然后將Teflon片設(shè)置在微型片的上表面9和平板7的下表面15上。然后把帶有Teflon片的疊層襯底置于硅橡膠片之間并插到兩片鋼片之間，在熱壓機(jī)中在200℃和10,000磅壓力下熱壓5分鐘，以牢固接合觸摸屏幕襯底的各層。接合的襯底在5000磅壓力下冷卻3分鐘。沒有間隙或氣泡的襯底成功疊層表明在疊層過程中玻璃微型片確實(shí)有彎曲以適應(yīng)玻璃平板的形狀。
為了測試按實(shí)例1制作的襯底，構(gòu)建了換能器，在5.53MHz(EloTouchSystem公司的瑞利波IntelliTouch聲觸摸屏幕的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率)來激勵和檢測洛夫波。換能器組件通過7.4mm長的窄鋼邊緣與襯底相接觸。在發(fā)射方式下，窄邊緣被激勵，作與邊緣平行的剪切運(yùn)動，并產(chǎn)生與邊緣垂直的傳播剪切波。以不同的間隔距離處設(shè)置一對發(fā)射/接收換能器進(jìn)行行程時(shí)間以及衰減長度實(shí)驗(yàn)，在對應(yīng)表1的三種類型的微型片的每種襯底中都確實(shí)觀察到了洛夫波。
一個(gè)樣品特別支持具有有意義的聲特性的洛夫波。所述樣品的聲特性列于表2。
表2
在此優(yōu)選實(shí)施例中，洛夫波的能量高度集中在觸摸表面的微型片，致使其觸膜敏感度比通常觀察到的水平偏振剪切波的觸膜敏感度高得多。有限厚度聚合物的存在通過降低平板中的消失波而在提高敏感度方面起著至關(guān)重要的聲作用。事實(shí)上，表2中襯底的敏感度與先有技術(shù)的瑞利波襯底可相比擬。雖然敏感度提高，但是，所述襯底基本不受水或其他雜質(zhì)存在的影響，和利用剪切波的先有技術(shù)的兩層襯底的情況相同。
為了更好地理解導(dǎo)致本發(fā)明中剪切波的驚人的高觸摸敏感度的機(jī)理，對于本發(fā)明的各種三層襯底的洛夫波幅和深度曲線作了數(shù)學(xué)計(jì)算。計(jì)算表明，所述樣品確實(shí)應(yīng)有高觸摸敏感度，即是1mm厚的鈉鈣玻璃襯底的ZOPHS波的敏感度的8.4倍。表3將實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果與理論預(yù)測進(jìn)行了比較。
表3
即使在理論計(jì)算中所使用的參數(shù)不精確，但計(jì)算的和測量的相速和群速卻非常一致。而且，觀察到的群速不隨頻率變化起初令人吃驚，但后來理論計(jì)算表明群速作為頻率的函數(shù)其變化很小，也就講得通了。結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察和理論計(jì)算，就能更好地理解其中的機(jī)理并得出以下見解。
當(dāng)微型片中的體剪切速度顯著低于玻璃板中的體剪切速度時(shí)，聲能量高度集中在薄微型片中，導(dǎo)致所觀察到的高觸摸敏感度。對于表2所列的襯底，計(jì)算表明83％的聲能量包含在微型片中，6％的聲能量在聚合物片中，11％的聲能量在鈉鈣玻璃中。在采用洛夫波觸摸屏幕襯底的優(yōu)選實(shí)施例中，微型片的剪切速度比玻璃板的剪切速度至少低5％。
有趣的是，以上觸摸敏感度顯著超過了兩層洛夫波襯底可能達(dá)到的觸摸敏感度。對AF-45微型片直接與鈉鈣玻璃板相接合的假想兩層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。觸摸敏感度降為1mm厚玻璃襯底的ZOPHS波的敏感度的1/3.643。這說明聚合物起了重要的作用。由于聚合物片比較軟，它可使波的幅度在到達(dá)平板之前快速減小。改變(假想)微型片的厚度，直到找到最大的觸摸敏感度(表面上的聲能量密度)。當(dāng)厚度為170微米時(shí)，觸摸敏感度大約為1mm厚玻璃襯底的ZOPHS波的敏感度的4.0倍。這仍然是表2的三層洛夫波襯底所得到的觸摸敏感度的1/2。聚合物片不僅在制造過程中起重要作用，而且有助于增強(qiáng)能提高觸摸敏感度的波導(dǎo)效果。
如上所述，只有比較小百分比(6％)的洛夫波的聲能在聚苯乙烯層中傳播。聚合物通常比玻璃的聲吸收性強(qiáng)得多。但是，即使聚合物以數(shù)倍于玻璃的速度吸收體剪切波，此效應(yīng)也不過占6％。因此，如前所討論的，使用聚合物材料，例如聚丙烯酸脂(它被認(rèn)為用于觸摸屏幕襯底時(shí)其聲吸收太強(qiáng))，在本發(fā)明中可以使用。
實(shí)例2在按實(shí)例1的過程制作的觸摸屏幕襯底上進(jìn)行了破壞性沖擊強(qiáng)度測試。觸摸屏幕襯底由100微米厚的Shott D-263微型片、32微米厚的聚苯乙烯片和3mm厚的鈉鈣玻璃板構(gòu)成。鈉鈣玻璃板的尺寸大約為19cm×24cm，微型片和聚苯乙烯片略小于玻璃板。5cm直徑的鋼球從不斷增加的高度跌落在兩個(gè)樣品中的每個(gè)樣品上。跌落高度從15cm開始，每次增加5cm。兩個(gè)樣品都經(jīng)受住了跌落鋼球的沖擊，沒有明顯的影響，直到跌落高度達(dá)到40cm。兩個(gè)樣品都未通過40cm。有趣的是，看來失效發(fā)生在3mm厚的鈉鈣玻璃板上，而不是在100微米厚的玻璃微型片上。3mm厚的鈉鈣玻璃板的碎片仍接合在聚苯乙烯層上，聚苯乙烯層仍與未碎裂的微型片相接合。此疊層僅在3mm厚的鈉鈣玻璃板碎裂時(shí)才被破壞。因此，可以預(yù)期，增加玻璃板的厚度可以進(jìn)一步增加本發(fā)明觸摸屏幕襯底的抗沖擊強(qiáng)度。
本發(fā)明的三層觸摸屏幕襯底的前表面的抗沖擊強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)證明是驚人的。在裝配和疊層觸摸屏幕襯底之前，玻璃微型片相當(dāng)易碎，必須小心處理。但在疊層之后，微型片被很好地支撐和制約，避免了會引起玻璃微型片碎裂的小半徑彎折。
實(shí)例3圖2示出本發(fā)明的觸摸屏幕襯底的另一實(shí)施例。襯底21包括如圖1所示的微型片3和平板7。但中間層23不是如實(shí)例所述的單獨(dú)的柔性聚合物片。而是，中間聚合物片23是通過現(xiàn)場聚合而形成的。
將未固化的聚合物基料形成為聚合物母體。聚合物母體可包括聚苯乙烯、聚丙烯酸脂，聚醚砜、多環(huán)烯烴或它們的組合，可以是液體或帶有填充料的液體。在優(yōu)選實(shí)施例中，聚合物母體是聚丙烯酸脂基的液體系統(tǒng)。這種聚丙烯酸脂系統(tǒng)具有良好的接合性能，價(jià)格不貴，并有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和很高的光透明度。而且，不需要單獨(dú)的耦合劑使襯底層與丙烯酸脂系統(tǒng)接合。
為了確保在現(xiàn)場形成的聚合物片具有均勻的厚度，從而上微型片3能與平板7的任何變化相適應(yīng)，可在聚合物母體中加入小的間隔粒子25。間隔粒子25的直徑?jīng)Q定了聚合物片的實(shí)際厚度，所以聚合物片的厚度可以根據(jù)需要采用較小或較大的間隔粒子來改變。間隔粒子可以是玻璃珠或聚合物珠，其熔點(diǎn)應(yīng)高于現(xiàn)場聚合過程的峰值溫度。在優(yōu)選實(shí)施例中，間隔粒子具有與聚合物相同或類似的聲特性。如果需要透明的洛夫波觸摸屏幕襯底，間隔粒子最好是透明的，且其折射率類似于固化聚合物的折射率。
聚合物母體可以旋涂到微型片3或平板7上形成一均勻?qū)?，或用刀、例如醫(yī)生用的刀片，涂覆到微型片3或平板7上形成一均勻?qū)樱缓髮⒁r底的各層疊加，使聚合物母體層的暴露表面被覆蓋。然后將疊層襯底放入熱壓機(jī)中，如在實(shí)例1中所討論的那樣使各層疊加。然后用以下任一種方法進(jìn)行聚合物母體的現(xiàn)場聚合。例如，可以在聚合物母體中加入U(xiǎn)V激活劑，使平板和聚合物受UV照射來聚合母體。或者，也可以使用由溫度激活的單一或多成分熱固化聚合系統(tǒng)。此外，在環(huán)境溫度下混合反應(yīng)成分或使聚合物母體在平板表面上或在空氣中與環(huán)境濕度反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)聚合?；蛘?，也可以用任何能阻擋與環(huán)境空氣接觸的疊層工藝來實(shí)現(xiàn)聚合。如果使用聚丙烯酸脂基的聚合物系統(tǒng)，則疊層襯底可以進(jìn)行UV固化來實(shí)現(xiàn)聚合。或者，可使襯底經(jīng)過一對加熱的軋制輥輪來實(shí)現(xiàn)層疊，然后進(jìn)行UV固化。
當(dāng)聚合物片在現(xiàn)場形成時(shí)，“柔性”就不再是對疊層過程的要求了。不過，在現(xiàn)場形成的聚合物片，薄而有柔性，提供了所需的聲特性和制造便利。
實(shí)例4圖3示出本發(fā)明的五層觸摸屏幕襯底，提高了強(qiáng)度和更為安全的防碎裂機(jī)制。這些觸摸屏幕襯底在要求耐水和高強(qiáng)度的應(yīng)用中特別有用，例如在無人監(jiān)管的位置處的室外信息或售票亭等。
觸摸屏幕襯底27包括微型片3、聚合物片5和平板7，這些和圖1所示相同。但是，觸摸屏幕襯底27還包括粘接劑層29，它具有上表面31，通常是一種非剪切波耦合材料；以及第二平板33。粘接劑層29可以是任何類型的接觸粘接劑。在一個(gè)實(shí)施例中，粘接劑是一種聚乙烯丁酸鹽基的粘接劑，一般稱為安全玻璃粘接劑。在平板7的下表面15和粘接劑層的上表面31之間的界面處，第一平板7中波的漸消失尾部基本上是零振幅。所以，粘接劑層29對于聲波在襯底上三層的傳播沒有影響。但是，粘接劑層29對于除平板7中需要的波外可能被激勵的額外的平板波卻有衰減作用，從而提供了聲學(xué)方面的優(yōu)勢。第二平板33可以用與平板7相同的或不同的材料構(gòu)成，可以用玻璃、金屬、陶瓷、聚合物或具有所需的機(jī)械和光學(xué)特性的任何固體材料制成。第二平板33的厚度可以與平板7相同或不同，在優(yōu)選實(shí)施例中，大約在1到12mm之間。但是，平板33的構(gòu)成和厚度主要取決于所需的應(yīng)用。
實(shí)例5本發(fā)明也考慮了用于水下機(jī)器人的不透明的觸摸傳感器。由于水具有很強(qiáng)的輻射衰減效果而不能使用瑞利波傳感器。相反，本發(fā)明的觸感襯底由于水平偏振剪切波(例如洛夫波)的抗水性(不受水影響)而非常適合于水下應(yīng)用。
用于水下機(jī)器人傳感器的適合的三層觸摸屏幕襯底包括薄金屬微型片、薄聚合物片和金屬平板。在此實(shí)例中，考慮聚合物片是32微米厚的聚苯乙烯片，如實(shí)例1中所述。對于暴露于成海水的水下機(jī)器人外殼，微型片需要用一種抗腐蝕和堅(jiān)固的材料。一種這類材料是鎳-銅合金，可從Special Metals Corporation購得，商品名為Monel400。Monel400的體剪切波速度非常接近實(shí)例1中SchottAF-45玻璃微型片的體剪切波速度。金屬平板可以是體剪切波速度為3.1mm/微秒的3mm厚不銹鋼板。同樣，不銹鋼板的體剪切波速度非常接近實(shí)例1中觸摸屏幕襯底的鈉鈣玻璃平板的體剪切波速度。相應(yīng)地，所述水下觸摸屏幕襯底的微型片剪切波速度與平板剪切波速度之比與實(shí)例1中的觸摸屏幕襯底相類似，因此，應(yīng)當(dāng)支持洛夫波。
實(shí)例6圖4示出能用于15英寸液晶顯示器的洛夫波觸摸屏幕。所述觸摸屏幕用實(shí)例1中的襯底并對所有聲通路部分使用洛夫波來構(gòu)建。這是一個(gè)洛夫波-洛夫波-洛夫波傳感器的實(shí)例。
具體地說，觸摸屏幕34包括襯底35；X和Y發(fā)射換能器37和39；X和Y接收換能器41和43；以及四個(gè)反射陣列45，47，49和51。與計(jì)算機(jī)主機(jī)通訊的觸摸屏幕控制器(未示出，可包括微處理器等)，發(fā)起觸摸屏幕的掃描周期。控制器通過X驅(qū)動器(未示出)對X發(fā)射換能器37加驅(qū)動信號。加在換能器37上的驅(qū)動信號是能產(chǎn)生洛夫波脈沖的突發(fā)驅(qū)動信號。洛夫波沿X發(fā)射陣列47傳輸，直到被45°反射器53反射90°。在傳播通過襯底表面36之后，接收陣列51又利用45°反射器55將洛夫波散射90°。接收換能器41然后將入射的洛夫波轉(zhuǎn)換為含有觸摸信息的電信號。
箭頭57、59和61代表X信號的典型聲通路。箭頭63、65和67代表觸摸屏幕最長的聲通路。對于具有標(biāo)準(zhǔn)視頻矩形寬高比(大約為3比4)的15英寸觸摸屏幕，所述最大聲通路包括沿X發(fā)射陣列47的大約12英寸長度，通過襯底表面36的大約9英寸長度，沿接收陣列51的大約12英寸長度，總長度大約為33英寸或大約840mm。這是洛夫波在所述實(shí)例的傳感器中傳播的最大距離。
已知有各種類型的超聲換能器可用于傳播洛夫波。換能器是一個(gè)物理元件或一組元件，它可將能量從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，包括在聲波模式之間轉(zhuǎn)換以及在電聲能量之間轉(zhuǎn)換。本發(fā)明中使用的換能器可以是如圖5所示的楔形洛夫波換能器?；蛘?，也可以使用其它已知類型的超聲換能器，包括利用剪切模式壓電元件的光柵換能器和邊緣換能器。
如圖5所示，典型的楔形換能器由塑料楔71(斜邊為73，側(cè)邊75(未示出))和安裝在楔的側(cè)邊75上的壓電元件77構(gòu)成。楔的斜邊73附著在襯底35上。壓電元件77是剪切波模式元件，其中運(yùn)動為水平方向運(yùn)動。壓電元件可以是鈮酸鋰，一種壓電陶瓷、例如PZT，或聚合壓電材料。在發(fā)射方式下，壓電元件77向楔形材料發(fā)射體剪切波。楔形角θ以標(biāo)準(zhǔn)方式與楔形材料的體剪切(橫向)波速VT以及洛夫波的相速VP有關(guān)即cosθ＝VT/VP。對于實(shí)例1的三層襯底，計(jì)算出5.53MHz時(shí)的洛夫波相速為3.13mm/μsec。楔形材料中的體剪切波速必定小于此數(shù)值，正如諸如聚苯乙烯等聚合材料，一些玻璃和諸如青銅等金屬的情況。例如，用Dow Plastics制造的Styron666聚苯乙烯構(gòu)成的楔形，其剪切波速為1.15mm/μsec，即大約68°的楔形角。
45°反射器陣列45、47、49和51可以用以下任何一種方法制造(但不限于這些方法)授予Rinde等的美國專利No.5883457(已作為參考資料包含在本文中)中所述的玻璃熔料等高溫固化材料的絲網(wǎng)印刷，復(fù)合聚合物墨水的絲網(wǎng)印刷；授予Knowles等的美國專利No.5648643(已作為參考資料包含在本文中)中所述的化學(xué)刻蝕；以及激光燒蝕等?？紤]的因素包括反射器散射剪切波90°的能力以及制造步驟的順序。在優(yōu)選實(shí)施例中，陣列45，47，49，和51是用化學(xué)刻蝕而成的。化學(xué)刻蝕是一種低溫工藝，可以使反射器在本發(fā)明的襯底疊層之前或之后在玻璃微型片中形成?；瘜W(xué)刻蝕的反射器以前在剪切波聲觸摸屏幕中已有應(yīng)用，已知可有效地反射剪切波90°。
本實(shí)例的觸摸屏幕有兩個(gè)理由可以和標(biāo)準(zhǔn)觸摸屏幕控制器產(chǎn)品、例如Elo TouchSystem公司的2500系列IntelliTouch控制器相媲美。第一，盡管相對瑞利波來說剪切波的敏感度會大大降低，但是所述觸摸屏幕仍具有很高的觸摸敏感度。第二，本發(fā)明的觸摸屏幕襯底具有低的色散特性。
均勻襯底中的瑞利波是不色散的，因此當(dāng)波傳播時(shí)瑞利波的脈沖波形是穩(wěn)定的。而洛夫波襯底具有固有的色散性，即，脈沖的不同頻率成分以不同的速度傳播，導(dǎo)致脈沖波形失真。對于實(shí)例1的襯底，有一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)。在工作頻率附近，例如，在控制器電子電路的帶寬范圍內(nèi)，有可能構(gòu)建洛夫波群速基本與頻率無關(guān)的因而聲脈沖波形是穩(wěn)定的襯底。此發(fā)現(xiàn)得到表2中的實(shí)驗(yàn)和理論數(shù)值的支持。用本發(fā)明的襯底有可能構(gòu)成低色散的洛夫波-洛夫波-洛夫波傳感器。
以下詳細(xì)說明本發(fā)明的觸摸屏幕的色散效應(yīng)?？紤]起始長度為Δx的聲脈沖在傳播距離L后的情況。分布在Δx上的色散比提供了色散效應(yīng)強(qiáng)度的一種量度。假定Δf是聲脈沖的帶寬。起始脈沖的持續(xù)時(shí)間Δt與Δf成反比。因而Δx與Vg/Δf成正比。而且，由于有限帶寬Δf，群速的變化量為ΔVg＝Δf*δVg/δf。經(jīng)過距離L之后，脈沖的擴(kuò)展大致為L*(ΔVg/Vg)＝L*(Δf/Vg)*δVg/δf。故脈沖擴(kuò)展與起始脈沖長度Δx之比提示了以下色散參數(shù)D∝L*(Δf/Vg)2*Vg/f
根據(jù)在聲脈沖的頻譜內(nèi)相位誤差失真的更嚴(yán)格的理論分析(此處未提供)，我們定義的色散參數(shù)如下D ≡πL(Δf/Vg)2Vg/f此色散參數(shù)D是以弧度表示的頻率成分(與額定工作頻率相差+/-Δf而變化)的相位誤差。當(dāng)D小于1時(shí)，分散效應(yīng)很小，當(dāng)D大于1時(shí)，控制器電子線路所見的觸摸傾斜(dip)波形嚴(yán)重失真。
設(shè)計(jì)觸摸屏幕時(shí)，最大聲通路長度提供了適合的L值可用在上述色散參數(shù)的公式中。如上所述，對于本實(shí)例中15英寸對角線的觸摸屏幕，最大聲通路長度大約為840mm。
Δf的適合數(shù)值主要由控制器的帶寬決定，所述帶寬又與接收電路的帶寬以及突發(fā)電路的功率頻譜有關(guān)。在此實(shí)例中，我們考慮的情況是Δf/f＝2.7％。所述帶寬處于目前市售的觸摸屏幕控制器產(chǎn)品的通常范圍之內(nèi)。
如上所述，色散參數(shù)不僅是基本襯底設(shè)計(jì)的函數(shù)，也是傳感器尺寸大小以及電子電路帶寬的函數(shù)。這促使我們將上述色散參數(shù)分解成無單位的色散參數(shù)D’加上取決于工程選擇的因素(與襯底的基本設(shè)計(jì)無關(guān))。
我們定義無單位色散參數(shù)D’如下。
D’≡π(VT0/Vg)(f/Vg)Vg/f式中f是工作頻率，VT0是在含有主要洛夫波功率的最深層(即本實(shí)例中的一塊鈉鈣玻璃平板)中的體剪切波速度。D’和D的關(guān)系如下。
D＝(L/λT0)(Δf/f)2D’λT0是最深層中的體剪切波長，與頻率f和剪切波速度VT0的關(guān)系可用方程λT0＝VT0/f表示。對于本實(shí)例的鈉鈣玻璃平板和5.53MHz的工作頻率，VT0和λT0的數(shù)值分別為3.40mm/μsec和0.615mm。
對于本實(shí)例的L＝840mm，λT0＝3.40mm/μsec，以及Δf/f＝2.7％，系數(shù)(L/λT0)(Δf/f)2等于1。因而，在本實(shí)例中，D’和D的數(shù)值相等。對于其他的控制器設(shè)計(jì)，根據(jù)同樣的襯底結(jié)構(gòu)，利用比例系數(shù)(L/λT0)(Δf/f)2可以很容易的從D’計(jì)算出D。
圖6的曲線示出實(shí)例1中計(jì)算的群速隨襯底頻率的變化，不過聚合物片的厚度t1也在改變。在5到6MHz之間，30和40微米厚的聚苯乙烯的曲線特別平。當(dāng)工作頻率在5.53MHz和聚苯乙烯厚度為32微米時(shí)，實(shí)例1的襯底處于低色散區(qū)內(nèi)。計(jì)算的D值小于0.1，確實(shí)比1要小。如圖6所示，實(shí)例1中支持洛夫波的襯底改成具有20微米厚的聚苯乙烯層，就可以用來構(gòu)成在8MHz工作的低色散洛夫波觸摸屏幕。
通常，如果選擇了用來構(gòu)建本發(fā)明三層襯底的材料，就可計(jì)算出在選擇不同層厚時(shí)群速和頻率之間的關(guān)系曲線。從這些曲線就可識別低群速色散區(qū)。如果求出了在所需頻率時(shí)提供低色散的襯底厚度組合，就可用色散參數(shù)D量化設(shè)計(jì)的低色散特性。用此方法可以設(shè)計(jì)各種低色散洛夫波-洛夫波-洛夫波傳感器。
實(shí)例7觸摸屏幕襯底，例如實(shí)例1中的襯底，不僅支持洛夫波，也支持具有運(yùn)動的縱向和垂直剪切分量的類瑞利波模式。在實(shí)例6的洛夫波-洛夫波-洛夫波傳感器中，類瑞利波模式?jīng)]有什么用處，而且會導(dǎo)致不需要的寄生聲信號通路。理解并控制類瑞利波的特性對于設(shè)計(jì)洛夫波襯底十分必要。
特別麻煩的是對水敏感的類瑞利波模式通過觸摸區(qū)的寄生聲通路。來自發(fā)射換能器的洛夫波可能被散射且被模式轉(zhuǎn)換成橫過觸摸區(qū)的類瑞利波模式。這些寄生的類瑞利波模式可能又被接收陣列反向轉(zhuǎn)換成洛夫波并由接收換能器檢測?；蛘?，洛夫波換能器有可能像與洛夫波一樣與類瑞利波模式有某種耦合，此時(shí)在發(fā)射和接收換能器之間就會有全瑞利波寄生聲通路。這種寄生聲信號可以用適當(dāng)配置吸收類瑞利波比吸收洛夫波更強(qiáng)的聲衰減器來抑制。但是，常常最節(jié)約成本的方法是首先限制寄生聲信號的產(chǎn)生。如果存在這種寄生信號并且干擾了控制器的電子電路所接收的洛夫波信號，而且如果類瑞利波對水敏感，那么，所接收的觸摸屏幕信號也會對水敏感。則洛夫波襯底的抗水性優(yōu)勢就不復(fù)存在。
調(diào)整反射陣列的設(shè)計(jì)，以便固有地散射所需的模式而抑制不需要的模式。模式選擇機(jī)理通常取決于相速差異。反射器間隔選擇沿陣列軸線傳輸?shù)哪Ｊ降乃璧南嗨?。反射器角選擇以90°向出觸摸區(qū)散射和從觸摸區(qū)散射的模式的相速。當(dāng)寄生模式的相速接近所需模式的相速時(shí)，寄生模式的抑制就更加困難。
根據(jù)以上討論，在洛夫波-洛夫波-洛夫波觸摸屏幕襯底上最好具有最小數(shù)量的額外類瑞利波模式，且其余類瑞利波模式的相速應(yīng)與洛夫波的相速大不相同。圖7示出實(shí)例1中襯底的計(jì)算相速與洛夫波的頻率以及兩種最低的類瑞利波聲模式的關(guān)系曲線。
對于上述實(shí)例6的洛夫波-洛夫波-洛夫波襯底，工作頻率為5.53MHz而且有兩個(gè)類瑞利波聲模式。洛夫波的相速更接近第二個(gè)類瑞利波模式，與第一個(gè)類瑞利波模式差距較大。在本實(shí)例中，把工作頻率從5.53MHz降到4.5MHz，就消除了第二個(gè)類瑞利波模式，留下只有一個(gè)與洛夫波模式在相速上能很好區(qū)分的類瑞利波模式的干凈的系統(tǒng)。最低類瑞利波模式具有零的截止頻率，而且總是存在的。所述實(shí)例代表了最小數(shù)量(即1)的限于表面的額外聲模式。關(guān)于處理導(dǎo)致所述工作頻率變化的增加的洛夫波色散的方法，在以下實(shí)例8中將作詳細(xì)討論。
作為上述數(shù)學(xué)分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)通用的比例法則。以某一給定的系數(shù)增加層厚對模式速度的影響與以同一系數(shù)減少工作頻率的作用相同。例如，現(xiàn)在這個(gè)4.5MHz的實(shí)例和在5.53MHz工作且玻璃微型片和聚合物厚度分別減少到81和26微米的傳感器具有相同的模式和波速。
如果實(shí)例1的襯底形成實(shí)例4中安全玻璃疊層的一部分，那么，安全玻璃粘接劑會衰減玻璃板中任何平板波。在這種情況下，4.5MHz工作僅提供一種任何類型的寄生模式。實(shí)際在工程上，這類只有一個(gè)限于表面的寄生模式的襯底設(shè)計(jì)是可以普遍應(yīng)用的。根據(jù)以下理由，寄生模式愈接近其截止頻率就愈不重要，因此甚至實(shí)例6的5.53MHz的傳感器也近似于只有一個(gè)限于表面的寄生模式的傳感器。
當(dāng)一個(gè)模式接近其截止頻率時(shí)，第二模式頻率接近玻璃平板的體剪切速度，且模式的穿透深度成為無限。這具有兩種降低限于表面的寄生模式的模式重要性的效果。深度穿透的模式在表面上具有比較小的能量密度。低表面能量密度導(dǎo)致對表面上的反射陣列和換能器結(jié)構(gòu)的較弱的耦合。另外，實(shí)際上對于實(shí)例4的安全玻璃疊層的情況，深度穿透的模式會被安全玻璃粘接劑衰減。
對于給定的疊層襯底設(shè)計(jì)，第二個(gè)類瑞利波模式的截止頻率可利用復(fù)雜的計(jì)算機(jī)代碼的數(shù)字計(jì)算來確定。但如下述，我們發(fā)現(xiàn)用少得多的工作就可能將截止頻率估算到一定的精確度。
當(dāng)一個(gè)模式接近其截止頻率時(shí)，第二個(gè)類瑞利波模式基本上與襯底平面中的坐標(biāo)無關(guān)，且運(yùn)動成為垂直于表面方向的一維運(yùn)動。玻璃微型片和聚合物片非常近似于簡單的“彈簧上的質(zhì)量”(“mass-on-a-spring”)振蕩器。每單位面積上，密度為ρ2且厚度為t2的玻璃微型片具有質(zhì)量m＝ρ2t2。厚度為t1密度為ρ1壓力波速為VL1的聚合物片近似于彈簧系數(shù)為k＝ρ1VL12/t1的彈簧。根據(jù)基本物理原理，相應(yīng)的諧振頻率以及對第二模式截止頻率的估算可用下式確定fcut-off≈(VL1/2π)*√(ρ1/(ρ2t1t2))此估算假定玻璃板是不運(yùn)動的“磚墻”。事實(shí)上，接近截止頻率的第二個(gè)類瑞利波模式涉及玻璃板上部的運(yùn)動，所述運(yùn)動與玻璃微型片的運(yùn)動的相位相差180°，且在聚合物片內(nèi)有零運(yùn)動的波節(jié)平面。對于“彈簧上的質(zhì)量”的計(jì)算，正是這個(gè)波節(jié)平面最近似于不運(yùn)動的“磚墻”，因而波節(jié)平面上方聚合物的厚度也是如此，而不是屬于上述方程中的較大的量t1。為此，上述估算是一個(gè)下限。對于實(shí)例1的襯底，此公式估算的截止頻率為4.2MHz，接近于，但有些低于，在上述曲線中看到的大約5.0MHz的截止頻率。
如果以兩個(gè)質(zhì)量用彈簧相連的模型來模擬系統(tǒng)(其中第二個(gè)質(zhì)量是玻璃板的有效質(zhì)量)，那么，就可大大改進(jìn)上述的諧振估算。玻璃板的有效質(zhì)量的合理估算是在諧振頻率時(shí)相對等于壓力波的四分之一波長的深度的那個(gè)質(zhì)量，即M＝(1/4)ρ0V1.0/f)。利用參與諧振振蕩的所述估算的玻璃板質(zhì)量，實(shí)例1中襯底的截止頻率計(jì)算為4.97MHz。對于許多不同的襯底設(shè)計(jì)，這種更精細(xì)的估算截止頻率的方法與詳細(xì)的數(shù)字模擬非常一致，相差不到10％。
實(shí)例8如同在實(shí)例7，再次考慮在本發(fā)明的疊層襯底中傳播的類瑞利波。但在此實(shí)例中，我們考慮的是類瑞利波用作觸摸傳感所需模式的觸摸傳感器。也就是說，用本發(fā)明的疊層襯底制作瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕。
初看起來，這種瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕好象沒有什么價(jià)值。與洛夫波-洛夫波-洛夫波觸摸屏幕不同的是，沒有利用不受水影響的洛夫模式。而且，商業(yè)上可接受的瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕可以利用均勻襯底更簡單的制造出來。但是，對于某些應(yīng)用，利用疊層襯底中瑞利波的改進(jìn)特性是有利的。
圖8a和8b示出在兩個(gè)不同襯底中對于瑞利波的粒子運(yùn)動的深度曲線。圖8a示出在均勻襯底中標(biāo)準(zhǔn)瑞利波的深度曲線，這是在先有技術(shù)的聲觸摸屏幕中最常用的聲模式。圖8b示出在實(shí)例1的優(yōu)選襯底中最低次類瑞利波的深度曲線。縱軸是垂直于觸摸表面的坐標(biāo)。原點(diǎn)定義在132微米的深度處，即疊層襯底的玻璃板上部。橫軸為粒子速度。粒子速度的垂直和縱向分量分別對應(yīng)于粗和細(xì)的曲線。表面上的粒子速度的垂直分量歸一化為1。在本發(fā)明的襯底中瑞利波的能量比標(biāo)準(zhǔn)襯底中的瑞利波更多集中在靠近觸摸表面處，這對許多應(yīng)用提供了優(yōu)越性。
在此實(shí)例中，利用實(shí)例1的襯底的修改型構(gòu)造了一個(gè)工作在5.53MHz的15英寸的觸摸屏幕。玻璃板的厚度從3mm減少到0.7mm，使得到的襯底不到1mm厚。如在實(shí)例6中所討論的，反射器陣列和換能器可用多種方法設(shè)置。這種觸摸屏幕襯底比起先有技術(shù)的聲觸摸屏幕有許多優(yōu)點(diǎn)。
先有技術(shù)的瑞利波觸摸屏幕所用的均勻襯底需要至少大約2mm厚(3到4瑞利波波長)才能干凈地傳播瑞利波。對于5.53MHz的工作，隨深度衰減最慢的瑞利波分量具有大約230微米的指數(shù)衰減長度。為了隔離玻璃板的上表面和下表面，需要許多個(gè)衰減長度。對于實(shí)例1中的多層襯底，此指數(shù)衰減長度縮減到78微米，因此玻璃板厚度可以減少到三分之一。這些深度曲線的差別在圖8a和8b中可以清楚看見。這樣，所述實(shí)例提供了一種厚度顯著減小的瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕。由于厚度的減小，瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕也減輕了重量。本發(fā)明可使瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕襯底的重量減少二分之一或更多，這對手提計(jì)算機(jī)的應(yīng)用特別有利。最后，減少的厚度由于瑞利波聲能量較淺的深度曲線而可獲得增加的敏感度。這樣，本發(fā)明提供了不改變工作頻率而增加類瑞利波模式敏感度的手段。
不利的是所述瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕的色散參數(shù)大約是3，這就過強(qiáng)了。但有好幾種途徑來處理此大數(shù)值的色散參數(shù)。色散使接收信號中的觸摸傾斜的形狀失真。雖然這使提取觸摸信息變得復(fù)雜，但觸摸信息仍然包含在接收信號中。如果將此接收信號以比5.53MHz的工作頻率要快的取樣速度數(shù)字化，那么，接收信號的全部信息內(nèi)容就可保留。然后用數(shù)字電子技術(shù)的尖端數(shù)學(xué)處理就可提取觸摸信息。所述實(shí)例中的觸摸屏幕就是用具有這種數(shù)字化和數(shù)字處理能力的電子技術(shù)來工作的。
另一種途徑就是重新設(shè)計(jì)襯底來降低色散參數(shù)的數(shù)值。如圖9所示，類似于圖6的洛夫模式曲線，圖9繪出群速作為頻率的函數(shù)曲線。同樣，不同曲線對應(yīng)于不同的聚合物片厚度。垂直方向的比例變化是為了適應(yīng)瑞利波群速的強(qiáng)變化。色散參數(shù)最小為零。隨著聚合物片厚度減小，所述最小值向較高頻率移動。當(dāng)聚合物片厚度小于10微米時(shí)，群速的最小值移向5.53MHz?；蛘撸梢岳弥T如微型片厚度以及各層的聲特性等其它設(shè)計(jì)參數(shù)將色散參數(shù)在所需工作頻率時(shí)調(diào)到零。
此外，也可以任選地采用調(diào)節(jié)工作頻率或工作頻率與襯底設(shè)計(jì)參數(shù)的組合的方法來調(diào)整色散參數(shù)。對于實(shí)例1的襯底，將工作頻率降到3.5MHz附近，就可以調(diào)到群速的最小值?；蛘撸瑢⒐ぷ黝l率降到4.0MHz并將聚合物片厚度降到大約20微米，就可使色散參數(shù)為零。
根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)，可用的材料以及制造工藝，觸摸屏幕工程師可以探索各種設(shè)計(jì)途徑來控制色散效應(yīng)。例如，如圖10所示，基于實(shí)例1的襯底的襯底90可以包括附加的微型片91和附加的聚合物片93。這樣就增加了觸摸屏幕工程師可用的可調(diào)襯底設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底包括20微米厚的第一微型片，25微米厚的第一聚合物片，90微米厚的第二微型片，10微米厚的二聚合物片，以及玻璃板。
圖11是所述襯底的類瑞利波群速與頻率的關(guān)系曲線，此圖基于這樣一種假設(shè)，即襯底的每一層具有同樣的聲特性，如表2所列。在5到6MHz之間群速基本恒定，且在此頻率范圍內(nèi)只有一個(gè)類瑞利波模式。因此，如圖11所示，用這種襯底構(gòu)成的類瑞利波觸摸屏幕工作在5.53MHz并具有非常低的色散。
實(shí)例9在此實(shí)例中，考慮類似于實(shí)例6中的觸摸屏幕。用實(shí)例1的襯底構(gòu)建一個(gè)15英寸的透明觸摸屏幕，利用不受水影響的洛夫波來檢測觸摸。但是，如圖12所示，所述觸摸屏幕79是一個(gè)瑞利波-瑞利波-瑞利波而不是洛夫波-洛夫波-洛夫波傳感器。
雖然是用洛夫波來檢測觸摸，換能器81和83卻是用來發(fā)射和接收類瑞利波的。最低類瑞利波具有沿陣列85和87的計(jì)算相速2124m/sec。洛夫波具有大不相同的計(jì)算相速在5.53MHz時(shí)為3134m/sec。由于需要模式轉(zhuǎn)換，所以反射器角不是45°，而是設(shè)定為等于相速比的反正切，即arctan(3134/2124)或大約56°。
既可以通過實(shí)例6的洛夫波-洛夫波-洛夫波觸摸屏幕又可以通過此瑞利波-瑞利波-瑞利波實(shí)例來提供觸摸屏幕79的觸摸區(qū)89中不受水影響的基本優(yōu)點(diǎn)。這兩種途徑的最佳選擇取決于制造過程的細(xì)節(jié)以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的所需特性。因此這兩種選擇在本發(fā)明中都考慮到了。
在優(yōu)選實(shí)施例中，使用了工作頻率為5.53MHz的實(shí)例1的襯底。但是，如在實(shí)例7所討論的，最好除了洛夫模式和最低瑞利波模式外消除所有限于表面的聲模式。降低工作頻率或重新設(shè)計(jì)疊層襯底就可做到這一點(diǎn)。
另一個(gè)設(shè)計(jì)考慮是色散。在前述各實(shí)例中考慮的所有選擇方案都與此有關(guān)。這包括能校正色散效應(yīng)的靈活電子電路，工作頻率的改動以及襯底的重新設(shè)計(jì)。
對于瑞利波-瑞利波-瑞利波觸摸屏幕襯底，洛夫模式和類瑞利波模式的色散參數(shù)是相關(guān)的。理論研究表明設(shè)計(jì)在所需頻率下色散參數(shù)對兩種模式都為零的三層襯底是有可能的。對這種設(shè)計(jì)的可行性可進(jìn)行評估，以了解在可方便獲得的材料的聲性能范圍方面有否實(shí)際限制。對于一些可方便獲得的材料，圖10所示的附加層可提供一些附加選擇。洛夫波-洛夫波-洛夫波和瑞利波-瑞利波-瑞利波設(shè)計(jì)方案之間的最佳選擇受同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種模式的低分散的難易程度的影響。最后，如果是色散參數(shù)對于兩種模式都不是零且具有相反的代數(shù)符號的瑞利波-瑞利波-瑞利波傳感器，那么，兩種模式的色散效果會抵消。
雖然上述的描述構(gòu)成了本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例，但是，應(yīng)當(dāng)指出，在不背離所附權(quán)利要求的適當(dāng)范圍和完整意義的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改、變化和替換。
權(quán)利要求
1.一種聲觸摸傳感器襯底，它包括第一支持剪切波片，它包括上表面和下表面，所述上表面構(gòu)成觸摸表面；剪切波支持平板；第二柔性片，它包括設(shè)置在所述第一片和所述平板之間的支持剪切波的聚合物。
2.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述襯底支持洛夫波和類瑞利波。
3.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片的厚度小于大約300微米。
4.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片的厚度為大約50到200微米。
5.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第二柔性片的厚度為大約10到100微米。
6.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述襯底的總厚度小于2毫米。
7.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述支持剪切波的聚合物具有高于大約260°K的玻璃轉(zhuǎn)換溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述支持剪切波的聚合物從由以下聚合物構(gòu)成的組中選擇聚苯乙烯、聚丙烯酸脂、聚醚砜、多環(huán)烯烴和它們的組合。
9.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片、所述第二柔性片和所述平板是基本上透明的。
10.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片和所述平板包括玻璃。
11.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述平板包括鄰近所述聚合物片的上表面和與所述上表面相對的下表面，其中第二平板附著到所述平板的所述下表面上。
12.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片和所述平板包括金屬。
13.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片和所述平板具有體剪切波速，并且所述片的所述體剪切波速低于所述平板的體剪切波速。
14.如權(quán)利要求13所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片的體剪切波速比所述平板中的體剪切波速低大約5％以上。
15.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于利用偶聯(lián)劑將所述第一片和所述平板疊加到所述第二柔性片上。
16.如權(quán)利要求15所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述偶聯(lián)劑包括硅烷。
17.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第二柔性片包括間隔粒子。
18.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述第一片包括厚度為大約100微米的玻璃，所述第二柔性片包括厚度為大約32微米的聚苯乙烯，而所述平板包括厚度大于大約0.5mm的玻璃。
19.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述襯底支持工作在色散參數(shù)小于大約1的頻率的洛夫波。
20.如權(quán)利要求19所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述工作頻率在大約1到10MHz之間。
21.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述襯底支持工作在色散參數(shù)小于大約1的頻率的瑞利波。
22.如權(quán)利要求21所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述工作頻率在大約1到10MHz之間。
23.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述襯底支持工作在色散參數(shù)小于大約1的頻率的類瑞利波和洛夫波。
24.如權(quán)利要求23所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述工作頻率在大約1到10MHz之間。
25.如權(quán)利要求1所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于還包括第三支持剪切波片和包括聚合物的第四片。
26.一種聲觸摸傳感器襯底，它包括具有觸摸表面的第一柔性片；背板；以及柔性片，它包括設(shè)置在所述第一片和所述平板之間的聲波支持聚合物。
27.一種聲觸摸傳感器襯底，它包括具有觸摸表面的支持剪切波的柔性微型片；支持剪切波的背板；以及柔性片，它包括設(shè)置在所述第一片和所述平板之間的剪切波波支持聚合物。
28.一種聲觸摸傳感器襯底，它包括厚度小于大約300微米的第一支持剪切波片；厚度小于大約12mm的支持剪切波平板；第二片，它包括設(shè)置在所述第一片和所述平板之間的剪切波波支持聚合物，所述第二片的厚度小于大約100微米。
29.一種聲觸摸系統(tǒng)，它包括觸感襯底，所述觸感襯底包括具有支持剪切波的觸摸表面的第一片；支持剪切波的平板；以及第二柔性片，它包括設(shè)置在所述第一片和所述平板之間的剪切波波支持聚合物；以及校正色散效應(yīng)的電子電路。
30.如權(quán)利要求28所述的聲觸摸系統(tǒng)，其特征在于所述電子電路借助數(shù)字信號處理來校正所述色散效應(yīng)。
31.如權(quán)利要求21所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于在所需的工作頻率只存在一種限于表面的類瑞利波。
32.如權(quán)利要求21所述的聲觸摸傳感器襯底，其特征在于所述工作頻率在第二類瑞利波的截止頻率的大約30％之內(nèi)。
33.一種用于觸摸系統(tǒng)的聲觸摸傳感器襯底，它包括具有上表面和下表面的微型片；具有上表面和下表面的平板；設(shè)置在所述微型片的所述下表面和所述平板的所述上表面之間的剪切波支持聚合物片；設(shè)置在所述微型片上的換能器的至少一個(gè)元件；以及設(shè)置在所述微型片上的至少一個(gè)反射陣列。
34.一種檢測物體的方法，所述方法包括提供具有至少一個(gè)觸摸表面的襯底，所述襯底包括柔性微型片；平板；以及設(shè)置在所述微型片和所述平板之間的剪切波支持聚合物片；其中所述襯底支持類瑞利波洛夫波；引發(fā)第一限于表面的聲波，其傳播方向沿所述襯底的第一軸線；以第二限于表面的聲波的形式反射所述第一限于表面的聲波的各部分，沿所述襯底的第二軸線引導(dǎo)所述第二限于表面的聲波，所述第二軸線不同于所述第一軸線且平行于所述表面；通過將物體置于所述表面附近來干擾所述第二聲波；以及檢測所述受干擾的第二聲信號。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所述第一聲波和所述第二聲波都是洛夫波。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所述第一聲波和所述第二聲波都是類瑞利波。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所述第一聲波是類瑞利波，而所述第二聲波是洛夫波。
全文摘要
本發(fā)明針對用于觸摸屏幕和觸摸傳感器應(yīng)用場合的多層襯底(1)。所述襯底包括微型片(3)、聚合物片(5)和平板(7)，該襯底支持聲波(包括洛夫波和類瑞利波)的傳播。微型片(3)和平板(7)可以根據(jù)觸摸屏幕的所需的應(yīng)用場合用玻璃、金屬或其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。聚合物?5)可以用聚苯乙烯、聚丙烯酸脂、聚醚砜或多環(huán)烯烴制成。本專利公開的觸摸屏幕襯底很薄但很耐用并具有提高的觸摸敏感度，而且對水以及其它表面污染物有減少的敏感度。
文檔編號G06F3/043GK1481544SQ01820928
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者J·肯特, R·阿德勒, P·M·阿德里爾尼, J 肯特, 呂, 阿德里爾尼 申請人:伊羅接觸系統(tǒng)公司