用于标识可被电磁读出的物体的方法

专利名称：用于标识可被电磁读出的物体的方法
技术领域：
本发明涉及以电磁可读的形式记录信息。更准确地说，本发明涉及 包括在一基片上具有导电区域的、可电磁读出的标识。此外，本发明还 涉及用于制造这种标识的方法和借助这种标识实现的存储介质。
背景技术：
以前，信息;故记录在包装上系借助于可光4企测的标识，例如条形
码，或借助于可电磁读出的电路，例如射频标识(RFID)电路。直观标 识存在的缺点是，其在包装表面上占去的面积相应地会减小适用于标记 和标识的表面面积。另一方面，直观标识是廉价的，容易使用。
传统的UPC (统一商品编码)和EAN (欧洲商品编号)条形码， 典型地具有以1-D形式编码的序列号形式中包含的有关产品制造商和 产品型号的个体信息。此外，条形码还包括可被用来判定该码的读出是 否成功的检查号。假如想使用条形码例如作为确定制造商名称的基础， 那么就需要知道颁发给该制造商的UPC或者EAN识别号。除此而外， 直观的标识可一皮^艮容易地伪造。
RFID电路的优点在于其大的存储容量，允许例如清楚地记录制造 日期。RFID电路还可在比较大的距离上读出。然而，RFID电路的缺点 在于，以目前的价格水平投资于大多数消费品包装，像糖果和香烟盒， 其成本比较高，无望地越出它们的应用范围之外(hopelessly outside their area of application ).目前，此技术例如适于集装箱或大的运^T箱的标识， 而不适合单独的消费品包装。此外，该电路中使用的材料可能不适合再 生。
例如通过在纸上使用导电材料，也可以制成可检测的标识。美国专 利公布US6168080和6202929公开了 一种方法，其中导电的印刷油墨被 用来将条形码图案印在纸上，其通过在单个电极产生的电场中移动，并 通过使用至少 一 个另外电极检测该条形码引起的电容改变，被进行读 出。虽然这种该方法具有的优点是其标识生产成本低，但其信息储存能 力最多为与可光读出的条形码相同的数量级，因为标识和读出设备各部
件之间的电连接，以及借助于印刷油墨产生足够的电导率等级(a level of conductivity),均为标识的实际尺寸设置了低限。
欧洲/^布EP504446 7>开了一种例如在金属表面上产生可电^兹读出 的条码型标识的方法。其中该表面的电器性能在特定的位置被加以改 变，而其余特定位置保持未被加工。所产生的图案具有较小的储存能 力。
此外，美国7>布US4181251 7>开了 一种例如适于安全用途(a security application)的卡，它包括设置在卡的表面层之间的化学均质 层，且其导电性在特定的区域内例如可借助于热压加以改变，以1更产 生二进制条码型标识。美国公布US5430278还公开一种用来产生二进制 可电；兹读出条形码的方法。
美国公布US4350883公开了 一种用来生产包括一些平行的导电金 属丝型产品的方法，所述导电金属丝被嵌在该产品的内层中。这种标识 是昂贵的，而且难于生产。它不适合批量生产像消费品包装之类的标 识，因为该金属丝必须早在其制造阶段嵌入该产品中。
国际公布WO05/027599公开了 一种用来在纸基上制造电气组件的 方法。在所述方法中，巻筒纸通过凸印辊运送，从而在纸上形成凹进部 分和隆起部分。随后，将导电材料施加在纸的整个表面上。在最后阶段， 将隆起部分区域中的导电材料砑光，从而形成由凹进部分的形状限定的 导电体图案。该方法可在所产生的导电体图案不同部分的电导率不改变 的应用中利用。此外，它还要求导电体图案的形状在纸的制造阶段早已 知道。

发明内容
本发明意在创造相对其所要求的表面面积具有增大的存储能力的 新型标识，以及用于生产这种标识的方法。
本发明的基本思想在于对基片上的检测区段，即标识的设置，该标 识包括由至少一种导电材料形成的一些第一区域(也称为"导电区 域")，其彼此被以一定距离设置，且其电导率大于一预定的阈值；以
及一些第二区域(也称为"居间区域")，其电导率小于或等于上述阈
值。第一区域包括若干不同的电导率等级，以致该检测区段将至少包括 两个其电导率实际上彼此不同的第 一 区域。该标识可以借助于来自基片
的电磁连接蜂皮进行读出。
零电导率可一皮用作该阈值，然而取决于该实施例，此阈值也可以总 为区别于零的一些值。可以产生各种电导率等级，例如通过选择导电材 料，通过改变第一区域的尺寸或构图；或者，例如通过化学改变施加在 基片上的导电材料在其施加之后的性能。第 一 区域的电导率等级也可以 通过使该区域构成图案来产生，例如通过屏蔽使第 一 区域表面积的仅一 部分被涂敷以导电材料。此导电材料例如可以是聚合物。根据一个实施 例，所述居间的区域也可以包括某些导电材料，只不过其电导率实际上 要低于导电区域的电导率。当然，此居间的区域也可以留作"棵露"区 域。
在此情况下，区域的电导率 一词是指由该区域的材料和几何性能决 定的总体，其对可以通过电磁连接该区域而测出的信号产生影响。电磁 连接一词是指电容、电感和电流形式的连接。理想情况下，电导率可以 通过了解所用材料的电导和电纳(即导纳)以及该区域的形状来确定。 因此电导率对于所使用的频率和检测方法是很强的约束。实际上，被测 量的量不可避免地也要受到例如该区域周围材料的影响，例如基片的电 性能以及附近的其他导电区域。
比较廉价的材料如纸或者板，可以用作基片。
更准确地说，根据本发明的标识，其特征在于权利要求1特征部分 名又述的内容。
根据本发明的存储介质，其特征在于权利要求12特征部分叙述的内容。
根据本发明的方法，其特征依次在于权利要求20特征部分叙述的内容。
借助本发明可以获得许多益处。借助于本发明，可以利用不同的电 导率等级作为一维的信息编码，其将显著地提高每单位表面面积的信息 量。因此，与"一维的，，标识相比，根据不同电导率等级的数量，可以 在该标识中储存许多倍的信息量。该标识可以为肉眼不可见的，而且/ 或者它可以位于基片内层中某处或位于层与层之间，将使此标识更难于 伪造，同时还释放出基片更多的表面面积，例如用来印刷。
在可以光读取的标识例如条形码中，相应的前置(advance)会在该编 码中使用灰色色调或者颜色，而不是仅由黑白区域构成的图案。本发明可以应用在许多工业部门，其中可由电子或者光检测的信息 被存储在材料中，例如在包装、文件、建筑板、纺织品中，或作为面层
(surfacing)。这些工业部门包括食品、药品、方便商品和建筑产业， 以及后勤、监视和实验室服务。因此，本发明可以用在例如管理邮政业 务中经营的商品托运(to manage goods consignments handled in postal services)、货物运输、航空、药店和医院。
本发明还容许制做新的安全型可靠性证明。此证明可被以可见或不 可见的形式施加在产品的表面上，或者在产品的层与层之间。此外，还 可以设计只能用特定类型读出设备读取的标识，从而使其难以让未经许 可人访问该标识上的信息内容。这将有可能设计例如顾客专用的证明系 统。此外，永久施加在产品或其包装上的导电标识没有一皮通知4艮难伪 造。包含在该标识中的信息也可以为密码形式。
我们注意到这种标识中没有金属导电性也能获得足够的可检测性 和电气对照(electrical contrast)。典型标识的导电区域的电导率为10 — 1()-10S/cm的量级，其比金属的电导率要低若干数量级。
根据本发明的方法，可以在工业规模上应用。 一或若干种导电材 料，例如可以使用胶版、照相凹版和多功能印刷方法施加在纸或者板制 品上，以便形成导电区域(所谓的直接方法)。作为选才奪，导电材料可 以作为均质层在涂敷、上胶或喷漆阶段被设置在纸或者板基上，或者作 为它的固有层，或者混合到涂敷胶、胶水或漆中。在这种情况下，导电 区域和居间区域之间在电导率方面的差异，以后例如通过化学或者才几械 处理产生。化学处理，例如可以通过将某些适于改变材料电导率的化学 物质施加在含此导电材料层的顶部(去掺杂/掺杂)而发生，或者相应地 施加在含有非导电材料的层的顶部(所谓间接方法)。 一度被去掺杂或 掺杂的区域的电导率，此后还可以通过去掺杂、掺杂或某些其它方式加 以改变。因此，电导率可以沿着4支高和4交^^两个方向在若干处理阶l殳予 以改变。本实施例在例如该产品供应链的各个阶段修改标识时，可被利 用。在本文件中，去掺杂一词是指通过引入某些其它物质到区域中而使 其电导率降低。相应地，掺杂一词是指通过引入某些其它物质到区域中 而使其电导率提高。
除上述方法之外，还可能使用不同方法的组合，其中，例如首先将 导电图案使用胶版、照相凹版或多功能印刷方法施加在纸或者板制品
上，同时在下一阶段以化学方式改变此导电区域的电导率等级，换句话 说，将信息写在其上面。此第一阶段通常是在该包装的制造阶段完成， 而后一阶段或者与该包装的制造联系起来完成，或者例如仅在该产品的 包装阶段完成。
根据本发明的方法也可被在小规模上应用，甚至在家庭条件下。在 这种情况下，导电材料，例如可能是不同的聚合物或者其成分变化以改 变其电导率的同样聚合物，利用喷墨打印机(直接方法)被加在纸上。 作为选择，可以使用喷墨方法将去掺杂/掺杂化学物质设置在预先施加的
聚合物层顶部，以便产生本发明的标识(间接方法)。自然，喷墨印刷 也可用在工业规才莫上。
本发明可^^皮以与传统条形码相同的方式用来记录产品数据。不过在 这种情况下可以纪录显著更多的信息，诸如产品制造商，其产地、生产 时间，或者有关其来历的其它数据。随着信息容量的增加，甚至可以例
如借助于ASCII系统显式记录(explicitly record)这些数据(即不带码号 或码字)，因而使此标识比基于光或者电标识的传统条形码显著地更灵 活(flexible ).此外，该标识还可包括例如包含在传统UPS和EAN条形 码中的数字数据，/人而使此数据情况下该标识的i,码(interpretation) 能与一般使用中的流行系统兼容。
与数字印刷例如喷墨方法相结合的大的信息容量，还容许以个别化 级别(at an individual level)标识包装。因此本发明可#皮用来才艮据传统 RFID标签(tag)的数据储存标准纪录信息。根据EPC Global Inc.机构 规定的标准，RFID标签中包含的信息量总共96字节，它被分成确定该 标签中所含信息结构的标题部分，产品制造商部分，产品类型信息部 分，以及产品个体化信息部分。上述96字节的信息量足以个别化世界 上的每种产品。
才艮据本发明的标识还可以制做为适合特殊目的，例如用在公司内 部，或者作为它们顾客操作的部分，在这种情况下该标识上的信息内容 将由公司讨论的要求决定。此信息还可以非常多的不同形式储存在标识 中。这些信息的例子为若干或者8个字节的ASCH行，它可以4艮容易地 转换成文本或者数字序列。作为选择，信息也可以加密形式包含在标识 中，以致于该标识的制做和译码均需要加密和解密装置。这方面的一个 例子是真实性认证应用。
才艮据一个实施例，该标识位于产品表面上。位于表面上的标识易于 制做，但是另一方面，它经受诸如敲打和刮涂之类的磨损，能够降低该 标识的超时可读性。然而该标识也可位于例如包装的内表面上，它将也
会受到保护而免于磨损。
根据第二实施例，该标识位于产品的内层中。此标识例如在诸如包
装之类的纸或者板制品的制造阶段可被放入内层中，这种情况下，保护 标识的胶、涂料、印刷油墨或者漆层可被涂敷在其顶部。
才艮据第三实施例，该标识位于包装的粘结接口 ( a glued seam )处。 在此情况下，当包装仍然未被叠合(fold)或者仅被局部叠合时，该标 识可一皮形成在为粘贴包装坯料(package blank )保留的空间中。然后该 标识可以遗留在板层之间的粘合剂底下。该实施例的优点在于接口为牢 固的，以致于标识将^皮4艮好地保护而免遭碰撞和磨损。此外，粘结接口 不容易起折痕。自然也就增加了该标识对于包装过程的接口阶段的应 用，由此消除了会使包装过程减慢的整个新阶段的产生。
根据第四实施例，本发明公开的标识能够做到根据外界条件改变。 在这种情况下，该方法可以应用在例如对于环境状况和场所变更敏感的 包装(所谓灵敏包装)中，应用在参与控制加工或其他过程的包装中， 或者应用在监控结构的条件和状态的建筑材料中。
才艮据本发明的标识还可用在纸片中。例如可一皮光读取的条形码或者 对准标识，常被放在许多正式表格、文件、调查表和票证的边缘。这些 标识常常使这些表格看上去凌乱，然而在许多情况下对于提出所述表 格的人无益。它们只在例如自动阅读此表格或在归档中被利用。借助本 发明，这种标识能够做到对于肉眼不可见，由此大大改进表格的外观， 使之不会看上去这样混乱。例如，这将有助于释放对政府机关事务的"表 ;f各恐惧症"。借助本发明，还可能创建随后可以添加不^f皮注意的标识的 表格。
本发明公开的方法，可一皮容易地应用在例如包装和造纸工业中的现 有工艺，使其实现起来非常廉价。该方法并不需要依照工作顺序将一些 微电路放在包装中，纵然在某些应用中这可作为标识的 一 部分被利用。
该检测区段的第 一 区域的电导率实际上彼此不同，因为它们可以使 用电磁装置通过从基片外部检测加以识别(相互区别以及与第二区域相 区别)。这种情况下，电导率序歹11 ( conductivity order )中两个相邻电
导率等级的电导率之差，例如可以为最高等级的电导率和阈值等级的电
导率之间差值的20-100%。于是将有可能使用2-6个不同的电导率等级。 这可^1应用在具有相当少信息量的典型标识中，其中例如4-6个电导率 等级被利用。这样的标识能被可靠而且快速地读出，因而适合于用在例 如方便货物储存或供应中心。根据第二个优选实施例，电导率序列中两 个相邻电导率等级的电导率之差，例如可以为最高等级的电导率和阈值 等级的电导率之间差值的5-100%。于是将可能产生例如其中有7-22个 电导率等级的标识。这样的标识已经可以包含相当大量的信息，只不过 它们的生产和可靠性读出，技术上更加需要。如果标识中存在很多电导 率等级(例如4或者更多个电导率等级)，那么例如本文件中随后更详 细描述的掺杂/去掺杂方法，特别适合它们的生产。
根据一个实施例，电导率序列中一个(较高)电导率等级的电导率， 比所述电导率等级与在先(较低)电导率等级之间的电导率之差大20-100%。这将达到随着电导率等级升高其将变得更加密集的电导率等级比 例(scale),从而容许整个有用的电导率范围都能被有效地利用。


本发明的其它特征和优点，从以下参照附图详述的实例中将变得清 楚，其中
图1表示根据本发明的一种可能标识的平面视图，其中在不导电的 背景上存在4种不同的电导率等级区域；
图2表示根据本发明的一种可能标识的平面视图，其中在不导电的 背景上存在4种不同的电导率等级区域和同步图案；
图3表示根据本发明的一种可能标识的平面视图，其中在轻微导电 的背景上存在4种不同的电导率等级区域；
图4表示根据本发明的一种可能的多信道标识的平面视图，其中在 不导电的背景上存在4种不同的电导率等级区域；
图5表示根据本发明的一种可能的多信道标识的平面视图，其中在 不导电的背景上存在4种通过几何构图实现的不同的电导率等级区域；
图6表示根据本发明的一种可能的板制品的平面视图，它包括一包 装毛坯，其粘结接口被施加以由若干电导率等级组成的^f全测区段；
图7表示一种可能的带有激励和响应电极的读出台配置的透视图8表示一种可能的带有激励和响应电极的读出台配置的透视图； 图9表示该读出台的电子配置的示意图IO表示由包含同步图案的标识根据信道提供的响应在时间-幅度 平面内的曲线图，以及
图11表示由包括4种不同规格的第一区域电导率等级的标识提供 的响应在时间-幅度平面内的曲线图。
具体实施例方式
根据图l-5的标识，即检测区段，包括与基片表面平行的一些连贯 的高导电的第一区域12, 22, 32， 42, 52 (此后又称为"导电区域")， 其间为不导电或^t弱导电的第二区域14, 24, 34, 44， 54(此后又称为 "居间区域")。可以为导电区域的电导率获得若干离散值，此值例如 可为2-500,尤其是2-128,典型地为2-32。居间区域的电导率实际上要比 具有最低电导率的导电区域的电导率低。
可靠地读出标识的前提是导电区域之间充分的"电对比"，即其应 可能纟皮此区分该区域。因此，第一区域之间的距离优选4姿一定方式选 择，以使两相邻区域的电导率在检测数量级上基本上可被相互独立地确 定。除了电导率等级之间的电导率不同之外，电对比还受到激励频率、 读出设备的电极和标识之间的距离、介质的性能、基片的电性能和读出 速度的影响。
由于此处公开的方法能被应用于各种各样的物体，应用于不同规 格、具有不同信息量的标识以及不同的读出设备，所以对于每种应用必 须按照一定方式对适合的电导率等级数加以限定，以便既获得足够的信 息量，又获得足够的电对比。因而随后给出的绝对值只是作为实例。
"可电磁读取的标识"的概念，是指其第一区域可借助于来自基片 的电容、电感或者电流耦合被检测。电容读出可以利用若干电极来实 现，其中至少一个电极通过电场将激励信号与该标识耦合，而且至少另 一个电极拾取该耦合的信号。电感读出例如可以借助于若干线圈来实 现，其中线圈之一将一i兹场耦合至该标识，而且至少另一线圈拾取^皮耦 合的信号。在实际应用中，电感和电容耦合两者不可避免地总会同时发 生，甚至通常只有一个欲占优势。因此，不占优势的信号可能产生干扰 因子，它的存在考虑到标识和读出设备的设计中比较有利。尤其在低电
导率等级下，当耦合比较微弱时，识别干扰源和噪声信号是好的。当然 也可能说是例如电容或电感可读的标识，但是必须理解，所采集的信号 也会相应地受到二次电感或电容耦合的影响。
4全测标识时所使用的激励信号的频率也可以选才奪，例如从lkHz-lGHz的频率范围中。也可能使用采用若干不同频率或频段的读出设
备。标识中使用的频率和材料对它是永久的约束，最好按一定方式加以 选择，使得标识的不同区域之间的电对比最大，以便减少错误的识别。
在通过实例说明的以下实例中，相对比例0-10(H皮用于电导率，其 中O是指不导电或微弱导电的区域，100是指高导电区域。试验是要说 明用于实现标识的各种可供选择的方案和可能性。
根据 一 种在此被称作线性的或者等间隔离散的标识的实施例，第一 区域的电导率通常分布在从特定的阈值到一限定的最大电导率的比例
隔下高于一特定电导率值(阈值)的比例。这样的标识例如包括所能允 许的值O, 30, 35， 40，…，90, 95和100 ( 16个值)。因此，该标识 的 一条包含4字节信息(例如与 一条线包含一字节信息的光学条形码相 比)。因此，当读出此标识时，所测出的A/D响应，例如通过4姿这样一 种方式圆整化为(rounding to)最接近的允许值而,皮转换和i奪码 (mterprete)，以^吏所有小于27, 5的值^皮i争码为0,而相应地，例如 值68 ;故译码为70;或者相应地，通过按这样一种方式聚拢(rounding up ) 而被转换和译码，以使小于25的值被译码为0，而例如值66被译码为 70。
根据 一 种在此被称作非线性的或者渐增密集的离散标识的实施 例，第一区域的电导率在从一特定阈值至最大电导率的范围内，按朝向 更大电导率的比例变为渐增密集的分布。由此，该导电区域可以从包含 零变成渐增密集向上高于一特定电导率值(阈值)的比例给出值。这样 的标识例如可以从0， 30, 50, 65, 76， 82,…，97, 99和100这样的 比例给出值。这种非线性标识的优点在于读出设备的能力可被更好的利 用。实马t中曾经观察到，读出的灵每丈度与一皮读出区域的电导率成比例地 提高。换而言之，低电导率下测量的信噪比(SNR)要比高电导率下差。 因此，为了可靠地识别单个低电导率等级，相邻电导率等级必须有距 离，尽管在高电导率等级下等级之间的间隔可以更靠近。因此，总可以
根据所使用的读出设备和电导率范围将更多的信息放进这样的标识 中，使其变成等间隔标识中密集向上渐增的。
在某些实施例中，上述离散标识还可一皮组合，以便产生其它各种电 导率等级比例。
图1表示简单的单信道标识10,其包括具有4种不同电导率等级的
第一(导电)区域12。在#_据该图的解决方案中，导电区域12和第二 区域(居间区域)14处在与基片表面平行的等间隔下。当然，这些区域 相互之间的距离及其尺寸可作不同选择。由这种类型标识给出的响应的 实例，表示在图11中。
图2表示一标识20,它不仅包括图l所示的要素，而且包括导电的 同步区域26,后者神皮居间的区域相互分开，并和图1的导电区域分开。 同步区域26可被看作第一 (导电)区域的分组。然而它们共同的电导 率优选为固定的。同步区域位于读出该标识的方向上，例如按照一定方 式紧跟在每个导电区域之后，以使其在标识中形成新的"信道"。当对 标识进行读出时，由此同步信道提供的信号，可一皮用来消除对该标识碍r 码时由于读出速度变化产生的问题。图10表示由这类标识分别从两个 信道提供的响应。同步信号用附图标记104标记，数据信号用附图标记 102标记。/人图中可以看出，当对标识进4亍读出时，读出速度朝向该标 识的末端提升，但它可能借助此同步信号消除该影响。
图3表示除了实际的导电区域之外，居间的区域也为微弱导电的标 识30。这样的标识在某些应用中更为可取，而且与一定的标识生产方法 相联系。这些方法随后更详细地描述。
图4表示一个三信道标识40,这样的标识包:fe沿读出方向上的若干 行导电区域42和居间的区域44 。因此，行与行之间的区域被作为居间 的区域进行译码。取决于信息的编码方式，比单信道标识中信息量大许 多倍的信息，可以包含在这种标识中。每个信道可以独立地进行译码， 在这种情况下，根据图4的标识的信息容量与单信道标识相比将为3 倍，或者例如图4所示的每列可一皮-泽码为1,在这种情况下，该标识中 包含的比特数将为3倍。因此，该标识表面积的少量增加，便使其可能 获得大的信息量增加。
具有改变其电导率/电阻率等级的标识，可以通过许多不同的方法在 基片上生产。根据一个实施例，具有所需电导率值的不同材料或化学物质可以应用于标识的不同部分。还可能使用其成分在应用之前已被化学 改变的单体，以便获得所需的电导率等级。例如，聚苯胺的成分可按一 定途径以受控的方式下加以改变，以便借助于聚苯胺可以产生实际上彼 此不同的若干电导率等级。还可能使用若干具有改变了电导率的材料， 使其可能覆盖大的电导率范围，进 一 步提高标识的信息容量。
根据另一实施例，可以使用此后称为'导体聚合物，的某些导电聚
合物，如聚苯胺，聚噻吩，聚乙炔，或者聚吡咯，其电导率例如通过改 变聚合物的成分，或者通过以溶液形式将聚合物去掺杂，或者仅在施用 之后，可被控制。通过去掺杂产生的电导率值，随后例如通过将去掺杂 的化学物质浓缩，和/或通过使所使用的量与所使用的聚合物或聚合物的
混合物和聚合物层的厚度强键联(stronglybmd),可被控制。或者只是 基片表面所需要的区域，或者基片的全部表面可被整个涂敷聚合物，例 如在基片的制造阶段。假如基片是纸或者板，这可以使用某些已知的在 线或离线施加方法，例如在涂敷或者上胶阶4殳(sizing stage)在造纸厂 发生。纸或者板也可以在分开的工序中被涂敷，例如在诸如印刷或上漆 阶段的随后完成的阶段之 一 中进行。 一 或多种去掺杂的化学物质可通过 消费者如产品打包机施加，例如印在包含导体聚合物层顶部所需要的位 置。通过改变去掺杂化学物质的类型、量和/或浓度每个区域的电导率按 一定方式增加或者削弱，以使所需类型的标识包括所形成的若干电导率 等级。
以上是对导电材料层去掺杂的描述，为的是降低所述层的电导率。
(brmgto)的导电形式优于使用适合的掺杂剂诸如酸时，被放在基片的 表面上。这种酸包括有机的-黄酸和无机的无才几酸。
因此，才艮据本实施例的标识按照这样一种方式生产，以采取具有两 个表面的基片，而且导电的聚合物被施加在该基片的一个表面上至少在 第一区域的位置。此后，第一区域按照这样一种方式被施加至少一种化 学物质，以改变该导电聚合物的电导率，以使笫一区域的电导率大于一
此导电聚合物也可以施加在第二区域的位置，而这些区域的电导率也可 以利用化学物质来改变。在这种情况下，导电的聚合物一词，是指借助 于掺杂或者去掺杂能够做到导电的聚合物。因此，它并不需要在施加阶
段即为高导电形式。
根据第三实施例，电导率等级利用以打印机为输出的构图法(包括
涂敷、上漆)和各种印刷方法(如胶印、照相凹版印刷和快速印刷)加
以改变。尤其是喷墨打印和类似的滴剂施加方法(dr叩-application method)容易被利用，因为印刷物质的量/厚度可以很容易地借助于印刷 点以与传统印刷中产生不同灰度色调的类似方式被控制。于是有可能使 用例如导电的聚合物或者金属化的印刷油墨、涂料或者漆作为导电物质。
根据第四实施例，导电区域的电导率等级根据该物质层的厚度来限 定。因此，如果该物质层的其它尺寸为等大小的，厚的物质层自然要比 薄的物质层具有低的电导率。
根据第五实施例，含有碳黑的印刷油墨和漆，其电导率等级通过改 变该物质的成分来改变，；故用来构成导电区域。实际上，它们的电导率 等级例如比聚合物更难于控制。
上述实施例例如还可以按照这样一种方式组合，以使具有若干不同 化学物质的去掺杂或者掺杂的许多聚合物被应用。在同样的标识中，除 了对聚合物施加区域适当构图之外，还可能使用其电导率被加以改变的 导电聚合物。
在所有上述实施例中，标识的电导率也可能会受随后总体上取决于 该标识的检测方法的几何手段的影响。导电区域例如可以使用屏蔽的图 案来形成，或者例如它们的形状、它们的宽度或厚度可以改变。如果耦 合的发生例如是通过使用电场(电容耦合)，则被连接的信号的强度将 与#皮4全测区域的表面积成正比。如果该表面例如由一些小方4各组成，则 被连接的信号的强度可以直接受到方格的数目的影响。然而，与直接影 响材料的电导率的手段相比，利用几何手段可以导致失去与表面区域效 率有关的好处。采用屏蔽第一区域的实施例，表示在图5中。在该图中， 标识50包括被构图了的 一些第 一 区域52和位于其间的第二区域54。第 一区域52中的某些也可以是未被构图了的。根据一个优选的实施例， 笫一区域的外部尺寸为大小互相相等，与基片的表面(沿厚度)平行或
成直角。其所具有的优点在于随后不可能产生以两种不同方式能够产生 同一电导率等级的标识。例如使用弱导电物质实现的厚的区域，能为读
出设备给出与使用高导电物质实现的薄的区域相同的信号，这通常不是所希望的。
适于产生标识的导电聚合物例如可以是聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔和 聚噻吩。适合的去掺杂剂为可以液体形式施加的经常的传统化学物质， 例如氲氧化钠。尤其聚苯胺为有益的聚合物，因为它的电导率高且取决 于它的pH值。该聚合物例如可以使用某些涂敷、上胶、上漆或者印刷 方法涂敷在该表面上，或者作为基片制作的一部分，或者作为分开的过 程。去掺杂剂例如可以通过印刷或沖压来施加。去掺杂剂的最终结果， 可以不但受化学物质中去掺杂剂浓度的影响，而且受施加化学物质的方 式和构图的影响。去掺杂例如可以通过在聚合物表面上印刷其尺寸或间 隔变化的屏幕图案来进行。就读出的场合来说，大约为微米级的不均匀 度对表面的电导率并不重要，因为能被可靠地读出的最小导电区域的尺 寸为约l毫米的量级。因此在读出过程中，信号的电平是由净皮^^测区域 的宏观等级的电导率决定的。
去掺杂也可与某些现有的处理阶段相组合，例如当制造包装时，与 包装毛坯的冲压、切割、划线、印刷、上漆、粘结或者折叠相组合。另 一种可能性例如是在每个这些阶段作为待去掺杂的标识的 一部分，在这 种情况下，每个制造阶段将在该包装上留下它自己的"痕迹"。此过程
还可被用作包装过程，只要运销链(the logistics cham)朝向消费者。例 如货运公司或者进口商可以按一定方式将标识加在包装上，使它们对于 消费者可以不必为可见，像许多现有的包装标识、载货单等那样。该标 识也或许不容易被伪造。
参见图3,根据一种采用导电聚合物的实施例，其被作为基本上一 元化的区域施加在基片的整个表面上，或者作为一元化区域施加在基片 的至少某些部分上。标识30的居间区域(笫二区域)34随后通过强的 去掺杂形成，由此从根本上减小该居间区域的电导率。导电区域(第一 区域)32很少去掺杂或者完全不去掺杂。作为选择，基片被施加以弱导 电的聚合物，而且第一区域32被掺杂，以将其电导率升高到所需要的 等级。对于本领域技术熟练人员显见的是，掺杂和去掺杂的组合也可以 用来形成标识。此处所述实施例的优点在于，该标识可以在具有上述聚 合物的所有基片的任何位置上自由形成。
参见图1至4，根据一个实施例，导电的聚合物只被涂敷在导电区 域(第一区域)12， 22， 42, 52的位置。在这种情况下，良好的电对比
将在居间的区域(第二区域)14, 24, 44, 54和导电区域12, 22, 42, 52之间实现，因此，宽的电导率范围对于储存信息将是有用的。然而在 这个实施例中，为了实现去掺杂，需要准确地了解聚合物在哪里。通过 检测例如在聚合物施加期间以其为基础产生的聚合物区域或者适合的 对准标记，可以进4亍电或光的4全测。也可以在基片例如包装毛坯形状的 基础上进行检测。
优选每个导电区域包括沿表面法线方向(即沿导电层厚度的方向) 具有电导率最大可能均一性的层。这样，将可能减少读出电极和标识之 间距离变化对读出结果的影响。
进一步优选每个导电区域在其边缘轮廓清晰地成形，即为精确定界 的。这将对读出设备收集的信号通过使其更清楚地限定而予以改善，因 为从标识中的变化点获得的信号梯度的比值将增大。
根据一个实施例，该标识形成在一基片的表面上。例如在一包装的 情况下，所述表面可以是该包装的外表面或者内表面。内表面上的标识 将能很好地避免磨损，但是它的读出却更加困难，因为读出设备的电极 和导电区域之间的距离将增大。这是重要的，特别是在厚等级的板或纸 张的情况下。假如标识位于包装的外表面上，则其能被更可靠地读出， 但其更易受磨损。标识还可以位于包装的粘结接口处，即位于板的层与 层之间。图6表示一包装毛坯60,它在侧接口的区域中具有标识66。 此标识形成在包装毛坯60的表面上，但当该包装被折叠和胶合时，保 留在两或更多层之间。因此它非常好地避免磨损，但是仍然能从包装的 表面上读出。
才艮据一个实施例，该标识形成在该基片的内层上。该标识例如可以 位于纸或者板的纤维层的表面上，位于一或多个面层例如胶、涂料和/ 或漆层的下面。
在以上描述中，根据图1-5的简单标识被用作实例。然而本领域的 技术熟练人员将会理解，借助于以上描述的原理，有可能生产其中导电 和非导电区域的位置与这些显著不同的标识。
以下是通过实例描述读出设备，本发明的标识通过它可以从基片上 读出。在此描述中，所采用的实例是基于电容耦合通过电场的设备解决
方案，但是同样的原理也.可以4艮容易地应用于电感设备。
在读出单元中至少存在两个电沖及组，每个电才及组中至少存在一个电
极。激励被引至第一电极，而响应则从第二电极读出。根据该响应的强 度、相位改变、频率分析和/或其它性能，有可能判断该电极之间是否存 在导电材料以及该材料的性能如何。例如有可能甚至完全是在时间平面 内接收的幅度响应的基础上，判断该标识的形状以及由之存储在标识中 的信息。因此读出事项显示出其中信息被编码的比特或字符串。如果所 使用的是具有若干信道的标识，则此电极组可以包括分开的用于每个信 道的激励电极和响应电极。
读出事项是建立在激励电极和响应电极相对于检测区段中的瞬时 变化的实际位置或者表观位置的基础上的。例如这可以按照 一定方式， 使激励和响应电极与标识设置为彼此相对移动来实现。通过使用扫描结 构可以消除实际移动，爿f旦其原理将保持相同。因此，激励连接电极和响 应拾取电极相对于标识的位置的瞬时变化，；故设置为通过电子方式发 生，而且在这种情况下读出台和标识的实际相互移动并不要求。两维移 动的方向未必重要。
读出速度及其非线性会对响应产生影响，然而这种影响借助于信号 处理或者通过在标识中使用同步图案可被消除。如果除了标识被读出之 外附加以同步图案，则可以利用第二信道进行读出，而且这些测量通道 的数据随后可被组合。这样，改变标识的区域之间的尺寸或距离将不会 变成问题，即使具有长的位串。
考虑改变读出速度的另 一途径是，将标准化的导电区域系列加在标 识上，由其可以确定比特之间的距离。在该系列的基础上，还可确定在 解码其他区域给出的响应中使用的阈值。即使这种方案不能消除对非线 性读出速度响应的影响，然而它是可行的，特别是对短检测区段。此方
案还具有第二信道不需要为读出同步信息而^C储备(reserve)的优点。
参见图9,读出台的操作例如可以遵循以下原则。激励信号利用振 荡器95来产生，例如它是韦恩电桥类型，其频率例如可为lkHz-lGHz, 优选为lkHz-lMHz。它是有益的，但是对于大的激励信号幅度例如 200-300V (为了在电极93和94的附近产生相当可观的电场)并非实质 性的。因此，变压器可被加在振荡器95和电极之间。该变压器例如可 以通过一运算放大器被驱动，在这种情况下，大电流将不会输出，而且 高电压将不会对该设备的使用者产生威胁。激励则通过一电场连接在电 才及93和94之间，以致它们附近的标识区域可一皮看啦丈阻抗91 。通过容性
阻抗91相连接的信号，被引至检测电极。在所连接的信号被检测之前，
它可能需要在放大器97中将其放大，和在滤波器98中对其滤波。在滤 波和放大的过程中，该信号的相位可能变为非线性，因而它还需要使用 相位检测器96从测量信号中直接检测相位。如果相位检测器是作为模 拟信号给出相位信息，则一种可能履行方式可以是将多路转接器卯2与 模-数转换器901组合，然后可以数字形式从模-数转换器引出该响应通 过连接器99,用来由计算机进行分析。
上述相位^:测例如还可以借助于锁相环来进^t。在该锁相环中，两 个信号之间的相位差被进行对比，对比的结果，典型地不是作为其中该 相位差报告该信号的频率或电压的模拟信号被输出，就是作为其中该相 位差直接作为字符串获得的数字信号被输出。在此方法中，尤其该相位 差的变化点可提供关于该点处取决于时间的响应作为不同电导率等级 之间界面的信息。与幅度响应相结合的该相位信息，将使该标识的解码 变得容易。
激励电极和响应电极可以放在该基片的不同侧，或者它们可以位于 该基片的同一侧，彼此相对或者彼此紧挨着，如图7和8中所示。于是 作为电极73， 74， 83, 84最好尽可能地4氐，例如铜延伸到圓4反材料的 顶上，使得电场不能在电极之间集中。带电体(electrical)进一步可一皮 引在电极的顶上，通过从侧面和下方使用具有尽可能最小介电值的材料 (如空气、聚四氟乙烯或聚苯乙烯)环绕它。
在该读出设备中，机械控制器75, 85可浮皮用来确保标识相对电核^ 的正确取向。然而，如果信道和逻辑(logic)的数量增加，控制器不必 需要。
实例
本实例意在说明上述本发明 一 些实施例中的 一 个。 导电的标识被制做在 一 包括被涂敷的折叠箱板的基片上。该箱板每 平方米克重为300克/米2。该箱板的纤维层由三个分开的层形成，其中 外层每平方米克重为约30克/米2，如果内层为200克/米2，而且后背层 为约40克/米2。该箱板在其较为平滑的一侧和较为粗糙的一侧两次涂敷 以传统的涂料膏，其成分类似如下总共100份的一或多种涂#支颜料， 10-15份乳月交，以及外加少量的其它添加剂。通常^吏用的涂l支颜料例如是重质和絮凝的碳酸钙、高岭土和石膏。所使用的箱板的表面为二次涂
敷表面，即使用PPS-Flex方法(根据IS08791-4标准的方法)测得其粗 糙度为l.Opm的上表面。
在这个实例中，所使用的导电聚合物是5%的水分散的聚苯胺，在 被涂敷到基础材料上之前，其中使用磁性搅拌器被混以45%的乙基乙酸 乙烯(EVA),以便优化层厚度的均匀性。在所使用的混合水分散体中， 有3%的聚苯胺和12%的EVA,因此其固体含量总共15%。
此水分散的聚苯胺和EVA,使用接口上胶设备被涂敷在用作基础材 料的箱板上。层的湿厚度为28(im。由此，通过计算，涂敷和驱动层的 厚度约为4pm。所测得的层的表面电阻为1050/口数量级。
为了产生导电图案，被涂敷的箱板片使用碱性去掺杂剂进行处理； 在这种情况下为氲氧化钠(NaOH)的弱(0.2M)溶液。在这个阶段， 导电图案的的区域尚未被使用去掺杂剂进行处理，即使用NaOH形成的 图案还是一个否定的所需导电图案。所述形成的图案与图l所示的图案 对应，其中单根条的高度为30mm,且其宽度为3mm。条与条之间的间隔 还是3mm。
此后，导电图案的区域被使用均勻的较弱NaOH溶液进行处理，以 便产生不同的电导率等级。用于产生四种不同电导率等级的浓度为:(l) 0.07M; U)0.05M; (3)0.03M;第四个电导率等级是未蜂皮处理的。
由30V， 20kKz的激励通过电容耦合引导通过该图案产生的响应， 在情况(l)下为1.6VP-P;在情况(2)下为2.2VP-P;在情况(3)下为2.5VP-P;在 情况(4)下为2.5Vp_p。第三和第四电导率等级的阻抗的等幅度之所以被确 定，主要是由于其相对所使用的聚合物成分和层的厚度非常弱的去掺 杂。
权利要求
1、一种可从基片上电磁读取的标识，该标识包括彼此以一定距离设置在该基片上的一些第一区域(12，22，32，42，52)，其包含至少一种导电材料，且其电导率大于一限定的阈值，以及被设置在该第一区域之间的一些第二区域(14，24，34，44，54)，其电导率小于或等于上述阈值，其特征在于该标识至少包括两个其电导率实际上彼此不同的第一区域(12，22，32，42，52)。
2、 根据权利要求l的标识，其特征在于该基片包括纸或者板制品。
3、 根据上述任一权利要求的标识，其特征在于第一区域的电导率 按比例(on a scale)从上述阈值至一限定的最大电导率被均匀地分布。
4、 根据权利要求1或2的标识，其特征在于，随着第一区域的电 导率增大，它们分布的密度(density)从上述阈值增大到 一 限定的最大电 导率。
5、 根据上述任一权利要求的标识，其特征在于，第一区域的电导率 至少部分地在其所包含材料的电性能的基础上被限定。
6、 根据上述任一权利要求的标识，其特征在于，第一区域是由至 少一种导电的聚合物诸如聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩形成。
7、 根据权利要求6的标识，其特征在于至少一种化学物质被设置 在第一区域上面，以便改变它们的电导率。
8、 根据上述任一权利要求的标识，其特征在于第二区域是由导电 的聚合物诸如聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩形成，而且所述化学物 质被设置在其上面，以便将它们的电导率减小至小于上述阈值。
9、 根据上述任一权利要求的标识，其特征在于它包括至少两个其 厚度彼此不同的第 一 区域。
10、 根据上述任一权利要求的标识，其特征在于，第一区域的电导 率至少部分地在其与该基片表面平行的几何性能的基础上被限定。
11、 根据上述任一权利要求的标识，其特征在于信息被包含在该第 一区域的电导率和相互定位中。
12、 一种电》兹存<*介质，它包4舌 具有两个表面的基片，以及被设置在该表面至少之一上的检测区段，其中具有一些第一区域(12, 22， 32, 42, 52),它包含至少一种导电材料，且其电导率大于 一限定的阔值，由此该第一区域彼此以一定距离设置，而且其电导率小 于或等于上述阈值的第二区域(14, 24, 34， 44, 54)#皮设置在这些第 一区i或之间，其特征在于，该检测区段至少包含两个其电导率实际上彼此不同的 第一区域。
13、 根据权利要求12的存储介质，其特征在于上述基片包括纸或 者板制品。
14、 根据权利要求12或13的存储介质，其特征在于上述基片为包 装或者包装的毛坯(60)。
15、 根据权利要求14的存储介质，其特征在于该检测区段位于该 包装或者包装毛坯(60)的胶合接口中。
16、 根据权利要求12-15中任一权利要求的存储介质，其特征在于， 该检测区段被设置在上述基片和某些第二材料层例如胶、涂料、印刷油 墨或漆层之间。
17、 根据权利要求12-16中任一权利要求的存储介质，其特征在于， 该第一区域由导电的聚合物例如聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩形 成。
18、 根据权利要求17的存储介质，其特征在于一些化学物质被设 置在该第一区域中，以便改变它们的电导率。
19、 根据权利要求12-18中任一权利要求的存储介质，其特征在于， 第二区域由导电的聚合物诸如聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩形成， 而且一些化学物质被设置在其中，以便将它们的电导率减小至低于上述 阈值。
20、 一种用于生产可一皮电,兹读取的标识的方法，根据该方法， 使用具有两个表面的基片，而且至少一种导电材料被提供在该基片的一个表面上，以便形成一些第 一区域(12, 22， 32, 42， 52)以及其间的一些第二区域(14, 24, 34, 44, 54),而使至少该第一区域是由上述导电材料形成，其特征在于第 一 区域的电导率被设置为大于 一 限定的阈值，而且该第 一 区域至 少包括两个其电导率被设置为实际上彼此不同的区域，而且第二区域的电导率被设置为小于或等于上述阈值。
21、 根据权利要求20的方法，其特征在于上述导电材料是导电的 聚合物，例如聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩。
22、 根据权利要求20或21的方法，其特征在于第一区域和第二区 域两者均由导电的聚合物形成，并且该方法另外还包括其中至少 一种化 学物质被施加至第 一和第二区域的步骤，以便改变该导电聚合物的电导率。
23、 根据权利要求20或21的方法，其特征在于仅第一区域由导电 的聚合物形成，并且该方法另外还包括其中至少 一种化学物质被施加至 第一区域的步骤，以便改变该导电聚合物的电导率。
24、 根据权利要求20或23的方法，其特征在于上述化学物质通过 印刷或者压印(imprinting ) 一皮施加。
25、 根据权利要求20或23的方法，其特征在于纸或者板被用作上 述基片。
26、 根据权利要求25的方法，其特征在于该导电的聚合物在所述 纸或者板的制造步骤中 一皮施加。
27、 根据权利要求25的方法，其特征在于该导电的聚合物在由纸 或者板制造包装或者包装毛坯的步骤中被施加在该基片上。
28、 根据权利要求20-27中任一权利要求的方法，其特征在于它包 括至少 一种附加的材料层按照一定方式被设置在该基片上的步骤，使之 至少覆盖(cover)上述第一和笫二区域。
全文摘要
本发明涉及一可从基片上电磁读取的标识、用于生产这种标识的方法以及存储介质。该标识包括在一基片上相距一定距离的一些第一区域，其包括至少一种导电材料，且其电导率大于一限定的阈值；以及被设置在这些第一区域之间的一些第二区域，且此第二区域的电导率小于或等于上述阈值。根据本发明，至少有两个在电导率方面实际上彼此不同的第一区域。借助本发明，可能产生其中包含的信息量为先前电标识(electrical marking)中所含信息量许多倍的标识。
文档编号G06KGK101194269SQ200680020937
公开日2008年6月4日 申请日期2006年4月18日 优先权日2005年4月15日
发明者J·A·帕塔南, K·鲁图, T·穆斯托南 申请人:M-真实公司