KR20220032559A - 무선 주파수 식별 플랫 시트 재료 - Google Patents

무선 주파수 식별 플랫 시트 재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선-주파수 식별 분야에 관한 것이고, 특히 그들의 층들 내에 무선-주파수 태그를 포함하고 일반적으로 이용가능한 인쇄 방법에 의한 인쇄 및 스탬핑을 위한 용도의 재료에 관한 것이다. 본 발명의 기술적 결과는, 칩 및 다른 전자 컴포넌트가 시트 재료의 표면 평평도의 레벨에 영향을 주지 않는 가요성 플랫 시트 재료를 얻는 것이다. RFID(radio frequency identification)가 있는 플랫 시트 재료는 순차적으로 배치된, 가요성 재료의 제 1 층, 제 1 중간층, 안테나 및 칩이 있는 기판층, 제 2 중간층, 가요성 재료의 제 2 층, 및 고분자 합성물(polymer composite)로 제작된 제 1 중간층을 포함한다.

Description

무선 주파수 식별 플랫 시트 재료
본 발명은 무선-주파수 식별 분야에 관한 것이고, 특히 그들의 층들 내에 무선-주파수 라벨을 포함하고 일반적으로 이용가능한 인쇄 방법에 의한 인쇄 및 스탬핑을 위한 용도의 재료에 관한 것이다.
다음 용어와 약어들이 이하 사용될 것이다.
무선 주파수 식별(약어: RFID)은 소위 트랜스폰더 또는 RFID 태그 내에 저장된 데이터가 무선 신호를 이용하여 독출되고 기록되는, 무선 정보를 송신하는 방법이다. 일반적으로, RFID 태그는 수동적이고, 다르게 말하면 이들은 배터리를 포함하지 않는다.
칩 - 집적된 (마이크로) 회로는 입력 저항 및/또는 반도체 플레이트로 제작된 구축 네트워크의 복합체가 있는 마이크로전자 디바이스이다. 칩은 리더기와의 무선 주파수 통신을 이용하여 정보를 수신 및 송신할 때 신호를 처리하고, 보호된 메모리, 사용자 메모리, 고유 식별 번호를 포함하며, 암호 처리를 위한 프로세서 및 마이크로프로그램을 실행하기 위한 프로그래밍가능한 공간 등을 포함할 수 있다.
안테나는 도체 구조이고, 이것은 기하학적으로 그리고 기술적으로 사용되는 칩의 타입에 따라서 제작된다. 안테나는 닫힌 타입(HF 범위) 및 열린 타입(UHF 범위)일 수 있다. 안테나는 다음의 상이한 형상으로 제작된다: 원, 타원, 정사각형, 사각형, 및 다른 자유로운 기하학적 형상. 안테나의 형상은 사용되는 칩의 사양에 따라서 설계된다. 안테나는 도전성 물질을 포함하는 재료, 예컨대 알루미늄, 구리, 은, 주석, 금, 그래파이트, 및 다른 재료로 제작된다. 안테나는 에칭, 실크 스크린 인쇄(스크린 인쇄), 열전사, 스탬핑, 잉크젯, 오프셋, 및 플렉소그래픽 및 특수 잉크를 사용한 디지털 인쇄에 의해서 박막, 합성 재료, 및 종이로 제작된 기판 상에 적용된다.
RFID 인레이는 기판을 포함하고 적어도 하나의 칩 및 하나의 안테나를 포함하는 RFID 제품의 일부이다. 안테나 및 칩의 위치는, 의도된 디자인 및 장래의 RFID 제품의 구조에 의존하여, 무선 주파수 태그가 있는 시트 재료의 측면에 상대적으로 동기식이거나 또는 비동기식일 수 있다. 추가적인 컴포넌트는 인레이, 예를 들어 커패시터, 저항, 센서, 마이크로콘트롤러 등 상에 위치될 수 있다.
RFID 태그는 칩과 안테나의 조합이다.
RFID 제품은 RFID 태그를 보유하는 최종 제품, 예를 들어 카드, 태그, 라벨, 스티커, 패키징, 팔찌, 또는 RFID 인레이를 포함하는 RFID 재료의 시트로부터 절단하여 얻을 수 있는 다른 형태의 제품이다.
RFID 리더기는 RFID 제품과 데이터를 교환하도록, 예를 들어 정보 읽기 및 쓰기를 하도록 설계되는 디바이스이다.
고분자 합성물은 그 매트릭스가 고분자 또는 탄성중합체로 형성된 합성물 재료이다.
RFID 태그가 있는 재료의 충분히 평평한 표면을 얻기 위해서, 예를 들어 1.30 보다 큰 부풀기 인자(puffiness factor)를 가지는 캘린더링 인쇄(calendaring press)에 의해서 처리되지 않은 소위 원재료 종이(raw paper)라고 불리는 벌크 용지(bulking paper)가 통상적으로 사용된다. 이러한 용지에서, 칩은 외부 압력을 사용하여 인쇄되어 허용가능한 재료의 표면 평평도를 보장한다.
이러한 방법은 칩을 큰 압력에 노출시키고, 그러면 결정 변형이 생기는 것 및 칩에 생길 수 있는 고장에 영향을 준다. 발생되어도 생산 프로세스에서 식별될 수 없는 숨은 결함이 나타나는 것도 가능하다. 벌크 용지의 두께는 칩 포켓을 생성하기에 충분해야 한다. 벌크 용지는 인쇄 시장에서 희귀한 재료이기 때문에 보통 더 비싸다. 벌크 용지는 선택과 인쇄 방식에 있어서 제한적이다. 특히 보관하는 기후 조건이 변한다면, 칩은 시간이 지남에 따라서 이러한 구조로부터 분리되게 될 수 있다. 이러한 방법은 사용되는 표면 재료의 범위를 한정한다.
청구된 발명의 가장 가까운 유사체는 RFID가 있는 시트 재료이고, 특허 JP 5916028로부터 공지되어 있다. 재료는 그 안에서 제 1 종이층 및 제 2 종이층 사이에 RFID 태그가 배치되는 종이형 구조체를 가진다. 재료에는 RFID 칩에 대응하는 슬롯이 장착된다. 더 나아가, 보호 재료 상부면의 높이는 RFID 칩의 상부면의 높이보다 높다.
그러나, 본 발명의 배경 기술은 단점을 가진다. 재료를 제작하기 위해서 추가적인 층이 요구되고, 그 안에서 RFID 인레이 상의 칩들의 배열과 매칭되는 홀들이 사전에 배치되며, 홀의 기하학적 크기는 칩의 크기에 가까워야 하고, 이러한 층의 두께는 칩의 높이에 대응해야 한다. 칩의 기하학적 치수 - 장비의 리깅(rigging)이 변할 때에 조합을 위해서 고정밀도 로터 장비가 요구된다. 이러한 층이 존재하면 생산 비용이 증가되고, 생산 프로세스가 복잡해지며, 및 RFID 인레이 레이아웃을 변경할 때에 유연성이 감소된다.
청구된 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 단순 활판 인쇄를 위한 시트의 양면 모두에서 충분히 평평한 표면을 가지는 RFID를 내장하는 시트 재료를 생성하는 것이고, 이러한 재료를 제작하는 것은 간단하고 비용-효과적이다. RFID 인레이 레이아웃을 변경할 때에 제조 프로세스를 변경할 필요가 없다.
본 발명의 기술적 결과는, 칩 및 다른 전자 컴포넌트가 시트 재료의 표면 평평도의 레벨에 영향을 주지 않는 가요성 플랫 시트 재료를 얻는 것이다.
청구된 재료 제조 방법은 특별한 요건을 부과하지 않으며, 그 층들이 추가적으로 적응되도록 요구하지 않는다. 칩 높이 또는 사용된 전자 컴포넌트 또는 인레이 상에서의 그들의 구성과 무관하게, 재료의 외부면은 평평하고 부드럽다. 표면은 시간이 지나도 변하지 않는다.
청구된 발명을 사용하면 양면 인쇄를 위해 적합하고 RFID 및 다른 전자 컴포넌트를 자신의 조성물 내에 함유하고 있는 시트 재료를 생산하는 것을 단순화하고 가속화한다.
본 발명의 재료는 다음의 다양한 인쇄 방법에서의 인쇄를 제공한다: 오프셋 인쇄, 실크 스크린 인쇄, 잉크젯, 또는 디지털 인쇄. 종래의 종이와 유사하게, 이러한 재료의 유연성 및 가요성은 인쇄 프레스의 경로를 따라서 자유롭게 통과할 수 있게 한다. 재료는 인쇄 장비 내에서 가열된 후에 그리고 보관된 동안에 그 평면-평행성(plane-parallelism)을 바꾸지 않는다. 페인트는 칩 및 전자 컴포넌트의 위치에서 임의의 결함이 없이 안착된다.
이러한 결과는, 모든 돌출 요소, 예를 들어 양면 모두 상의를 고려하면서, 재료가 최종적으로 그 기하학적 구조로 형성된 고분자 필름을 함유한다는 사실에 기인하여 달성된다. 고분자 필름은 RFID 인레이의 일면 또는 양면 상에 고정된다.
이러한 고분자 필름은 고분자 합성물로부터 하나의 기술적인 동작에서 시트 재료를 생성할 때에 형성된다. 고분자 합성물은, 인레이의 돌출되는 RFID 요소 주위에서 흐르면서 이들을 커버하는 것을 가능하게 하는 액체 상태로 도포된다. 추가적인 전자 컴포넌트가 인레이의 뒷면 상에서 이용가능한 경우를 포함하여, 고분자 필름은 인레이의 양면 상에 형성될 수 있다. 고분자 합성물은 두 가지 인접한 재료들을 신뢰성있게 서로 결합하는 것을 가능하게 하는 접착제 속성도 가진다.
이러한 고분자 필름은 훌륭한 유전체이고, RFID 칩 및 안테나, 전자 컴포넌트, 및 도전성 트랙과 자유롭게 접촉할 수 있으며, 그러면 제품을 습한 환경에서 사용할 수 있도록 보장하는 것이 가능해진다. 고분자 필름은 탄성중합체의 속성을 가지고, 그 기술적 특성을 잃지 않으면서 -60 내지 +120°C의 광범위한 동작 온도 범위를 가지며, 그러면 재료를 열에 노출시키는 디지털 인쇄 머신 내에서 사용될 수 있게 된다. 이러한 사실에 기인하여, 재료는 필요한 경우 열적 영향 또는 기계적 영향의 충격 때문에 변하지 않게 되고, 예를 들어 재료는 휘어질 수 있지만 그 후에는 언제나 자신의 원래의 형상으로 복원된다.
폴리우레탄계 고분자 필름은 시간이 지남에 따라서 자신의 속성이 변하지 않고, 자신의 색상이 변하지 않으며, UV 광선에 대해서 보호된다. 형성된 고분자 필름의 색상은 투명하거나 착색제를 첨가함으로써 임의의 다른 색이 될 수 있다.
재료 내의 칩 및 다른 전자 제품은 형성된 고분자 필름 내에 완전히 위치되기 때문에 기계적 스트레스로부터 신뢰성있게 보호되고, 그러면 제품 수명 및 동작 중의 기계적 안정성이 크게 향상된다.
청구된 기술적 결과는 RFID(radio frequency identification)가 있는 플랫 시트 재료가 순차적으로 배치된, 가요성 재료의 제 1 층, 제 1 중간층, 안테나 및 칩이 있는 기판층, 제 2 중간층, 가요성 재료의 제 2 층을 포함하고, 더 나아가 제 1 중간층이 고분자 합성물(polymer composite)로 제작된다는 사실에 기인하여 달성된다.
본 발명은 다음의 도 1 및 도 2를 사용하여 설명된다:
도 1은 24 개의 무선 주파수 태그를 가지는 시트 재료의 전체 도면이다;
도 2는 시트 재료의 단면도이다.
위치(1-9)가 도 1 및 도 2에 표시된다:
1 - 시트 재료;
2 - 가요성 재료의 제 1 층;
3 - 고분자 합성물의 제 1 중간층;
4 - 칩;
5 - 안테나 및 칩이 있는 층 기판;
6 - 제 2 중간층;
7 - 가요성 재료의 제 2 층;
8 - 안테나;
9 - 베벨 코너.
RFID가 있는 플랫 시트 재료(1)는 순차적으로 배치된 가요성 재료의 제 1 층(2), 고분자 합성물의 제 1 중간층(3), 안테나(8) 및 칩(4)이 있는 기판층(5), 제 2 중간층(6), 가요성 재료의 제 2 층(7)을 포함한다.
디바이스는 샌드위치 구조를 가진다(도 1).
가요성 재료의 제 1 층(2) 및 제 2 층(7)은 인쇄층이다.
가요성 재료의 제 1 층(2) 및 제 2 층(7)은 오프셋, 크래프트(craft) 또는 재활용된 종이, 카드보드, 합성 종이로 제작될 수 있고, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PVC(폴리염화비닐), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), 천연 직물 또는 합성 직물, PVC(폴리 염화 비닐) 또는 PU(폴리우레탄) 계열의 인조 가죽, 또는 다른 적절한 재료의 층으로 제작될 수 있다. 가요성 재료는 백색이거나 임의의 색상으로 색칠될 수 있고, 마킹, 패턴 또는 새김(inscription), 질감면(textured surface) 또는 표면 상에 페인트가 더 오래 유지되게 하는 프라이머를 포함하는 추가 코팅을 가져야 하고, 금속층, 자기층, 금속 칩, 및 다른 재료를 가져야 한다.
RFID가 있는 시트 재료는 다양한 가요성 재료의 제 1 층(2) 및 제 2 층(7), 종이의 하나 또는 상이한 등급 및 색상으로 제작되는 전면과 후면을 가지거나, 한 면에는 종이를 그리고 다른 면에는 합성 재료를 가지거나, 한 면에는 실리콘 층(siliconized layer)을 그리고 다른 면에는 금속층(metallized layer), 자기층, 및 다른 재료를 함유하는 것을 포함하는 다른 조합을 가질 수 있다.
폴리우레탄의 군(polyester-polyols) 중의 고분자 합성물은 고분자 합성물로서 사용된다.
제 1 중간층(3) 및 제 2 중간층(6)은 동일한 재료로 제작되거나 상이한 속성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 중간층(6)은 잔류(residual) 접착제 속성을 가질 수 있고, 이러한 경우에는 실리콘으로 코팅된 가요성 재료의 제 2 층(7)과 조합된 라벨을 획득하는 것이 가능해진다.
기판(5)은, 예를 들어 PET, 특수 용지, 또는 다른 적절한 가요성 재료로 제작될 수 있다.
안테나(8)는, 알루미늄, 구리, 은, 금, 그래파이트, 또는 칩(4)의 동작을 위하여 적합한 다른 도전성 재료 계열의 합금의 에칭 또는 스퍼터링을 사용하여 제작될 수 있다.
특히, 안테나(16)는 사각 형상을 가진다(도 2). 목적에 의존하여, 칩이 있는 두 개 이상의 안테나가 시트 내에 통합된다. 기판 상의 24 개의 안테나를 각각 포함하는 24 개의 RFID 태그가 도 2에 도시된다.
시트 재료는 다음의 표준 크기 사각 시트의 형태로 제조될 수 있다: A4 크기(210 mm * 297 mm), SRA3 크기(320 mm * 460 mm), SRA3+ 크기(325 mm * 480 mm), SRA2+ 크기(520 mm * 720 mm), 210 mm로부터 850 mm까지의 폭을 가지는 롤의 형태, 및 다른 크기.
시트 재료는 사각 시트의 형태로 제작될 수 있는데, 모서리 중 하나는 세 개의 다른 모서리와 기하학적으로 다르고, 예를 들어 45° 베벨(bevel), 반경, 및 내부 함요부를 가진다.
베벨 코너(beveled corner)는 시트 재료에 대한 위치각이고, 다음의 인쇄 플랜트에 의한 마감된 제품의 제조의 다양한 스테이지에서 시트의 정확한 위치를 보장한다: 스탬핑 및 다이-절삭. 그림으로 표시된 각도에 반하여, 위치각은 스택의 중간에서 시트의 정확한 위치를 점검할 수 있게 하기 때문에 더 편리하다.
LED, 센서, 트랜스듀서, 박막형 배터리, 및 다른 전자 컴포넌트도 시트 내에 배치될 수 있다.
위치 요소들이 시트 내에 위치될 수 있어서, 유도 센서들이 인쇄, 절삭, 또는 천공기 및 다른 인쇄 머신에서의 다른 필요한 동작 중에 시트의 위치를 결정하기 위해서 RFID 태그의 위치를 찾아낸다.
결과적으로 얻어지는 시트 두께는 0.15 mm 내지 5.0 mm로 변한다.
머신-판독가능 고유 시트 번호, 예를 들어 바코드, QR 코드, 및 다른 그래픽 요소가 각각의 시트 상에 적용될 수 있다. RFID 시트 상의 태그가 이러한 번호에 의해서 링크된다. 시트 재료 내에 위치된 RFID 태그의 고유 번호는 사전에 인쇄 파일이 인쇄 플랜트에 의해 생성될 때 인쇄 플랜트에 알려지고, 이러한 정보를 한 번에 인쇄할 수 있게 하여 RFID 태그로부터 데이터를 판독하고 RFID 제품에 그림을 후속해서 추가적으로 도포하기 위한 추가적인 조작을 피하게 된다.
인쇄 이후에, RFID가 있는 시트 재료는 추가적으로 처리될 수 있고, 예를 들어 부분 호일 스탬핑, 바니싱(varnishing), BOPP(biaxially oriented polypropylene film), PVC, PET 계열의 적층 필름의 도포가 수행될 수 있다.
시트 재료는 다음과 같이 제작된다.
고분자 합성물의 제 1 중간층(3)은 500 내지 20,000 mPA*s(초당 밀리파스칼)의 점성, 및 0.01 mm 내지 3 mm의 두께를 가지고 가요성 재료의 제 1 층(2) 및 안테나(8) 및 칩(4)이 있는 기판층(5) 사이에 액체 상태로 도포된다. 그러면, 필요한 경우, 고분자 합성물의 제 2 중간층(6)이 0.01 mm 내지 3 mm의 두께 및 500 내지 20,000 mPA*s(초당 밀리파스칼)의 점성을 가지고 또는 접착제에 의해서 가요성 재료의 제 2 층(7) 및 안테나(8) 및 칩(4)이 있는 기판의 층(5) 사이에 도포된다.
재료는 프레스들의 시스템을 통과하여 지나가고, 이것에 의하여 출구에서의 재료의 두께를 고정하고 돌출된 컴포넌트로부터 액체 고분자 합성물 내의 함요부를 검출할 수 있게 된다. 증착된 고분자 합성물은 중합 스테이지를 통과하고, 이러한 상태에서 고분자 필름이 된다.
고분자 합성물 증착물의 두께는 사용된 재료, 표면 상에 걸친 펼침 속성, 전자 컴포넌트의 높이, 및 다른 인자에 의존하여 경험적으로 선택된다.
점성은 사용된 고분자 합성물의 기술적 속성 및 도포 온도에 의존한다. 이것은 경험적으로 선택되고, 및 보통 500 내지 20,000 mPA*s(초당 밀리파스칼)의 범위이다. 고분자 합성물 재료는 3-컴포넌트, 2-컴포넌트, 및 1-컴포넌트 타입일 수 있다.
고강도 고분자 필름이 고분자 합성물을 중합한 이후에 형성되는데, 이것은 가열되는 동안에도 더 이상 기하학적 변경에 노출되지 않음으로써, 형성된 고분자 필름이 자신의 높이를 보상하기 시작하기 때문에 기판 상의 칩 및 전자 컴포넌트의 압력이 가요성 재료의 제 1 층(2) 및 제 2 층(7)에 나타나지 않게 된다. 재료는 평평하고 탄성을 가지며, 이것이 양면 모두에 인쇄하기에 적합한 플랫 표면을 제공한다.
진술된 시트 재료는 RFID 태그 및 라벨, 태그, 우편엽서, 스티커, 박스, RFID 카드, NFC 비즈니스 카드의 형태인 다른 전자 컴포넌트, 및 다른 유사한 제품을 가지는 전통적인 제품을 생산하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 재료의 특징은 그 평평한 표면 및 활판 인쇄를 위한 가요성이다.
두 번째 특징은 시트 재료의 조성물 내에 형성된 고분자 필름이 산소를 통과시키지 않는다는 것인데, 따라서 결과적으로 얻어지는 재료를 음식 제품을 위한 RFID가 있는 패키지를 제작하는 데에 사용하는 것이 가능해진다.

Claims (16)

  1. RFID(radio frequency identification)가 있는 플랫 시트 재료로서,
    순차적으로 배치된, 가요성 재료의 제 1 층, 제 1 중간층, 안테나 및 칩이 있는 기판층, 제 2 중간층, 가요성 재료의 제 2 층, 및 고분자 합성물(polymer composite)로 제작된 제 1 중간층을 포함하는, 플랫 시트 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 중간층은 상기 고분자 합성물로 제작된, 플랫 시트 재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 중간층은 접착층(glue layer)인, 플랫 시트 재료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    종이가 가요성 재료로서 선택된, 플랫 시트 재료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    부직포가 가요성 재료로서 선택된, 플랫 시트 재료.
  6. 제 1 항에 있어서,
    고분자 막이 가요성 재료로서 선택된, 플랫 시트 재료.
  7. 제 1 항에 있어서,
    직물(cloth)이 가요성 재료로서 선택된, 플랫 시트 재료.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 시트 재료는 45° 베벨각(beveled angle)을 가지는 사각 시트의 형태로 제작된, 플랫 시트 재료.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 시트 재료는 210 mm * 297 mm 크기의 시트의 형태로 제작된, 플랫 시트 재료.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 시트 재료는 320 mm * 460 mm 크기의 시트의 형태로 제작된, 플랫 시트 재료.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 시트 재료는 325 mm * 480 mm 크기의 시트의 형태로 제작된, 플랫 시트 재료.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 시트 재료는 520 mm * 720 mm 크기의 시트의 형태로 제작된, 플랫 시트 재료.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 시트 재료는 상기 가요성 재료의 층 위에 고분자 막의 층을 포함하는, 플랫 시트 재료.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 시트 재료는 210 mm 내지 750 mm의 폭을 가지는 롤의 형태로 제작된, 플랫 시트 재료.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 시트 재료는 추가적인 전자 컴포넌트를 포함하는, 플랫 시트 재료.
  16. 제 1 항에 있어서,
    고분자 막이 불투명하거나 착색되게 제작된, 플랫 시트 재료.
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