导电银浆RFID技术及市场应用专题

　　RFID(Radio Frequency Identification)，即射频识别，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。一个完整的RFID系统通常由存储标识物信息的电子标签、用于读写标签数据的读写器以及进行数据处理的计算机软件组成。RFID技术利用无线射频方式进行双向通信（交换数据）以达到自动识别目的，具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读写距离远、标签上数据可以加密、数据存储容量大、存储信息可更改、可识别高速运动物体、可同时识别多个标签，操作快捷方便。 

　　现时应用于生产过程管理、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通等多个领域。

　　物联网（The Internet of things）：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫瞄器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简单来说，物联网就是“物物相连的互联网”，它有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。互联网是把一切事物装入计算机中，而物联网是把计算机装入一切事物中。

　　RFID标签(Radio Frequency Identification)即无线射频识别标签，属于智能卡的一种。RFID是一种利用无线射频进行非接触双向通信的识别方式，它在二战时期出现，70年代开始使用，90年代开始大规模使用。技术已广泛应用于我们生活的各个领域，如最简单的门禁卡、公交车乘车卡、校园卡等。RFID技术在零售业的应用中，广泛认同的一个模式——「未来商店」模式。

　　在未来的商店里，所有的商品都贴有RFID标签。客户在商店里接触到RFID技术有两处：所谓的智能货架与智能收银台。智能货架，就是在货架上装有RFID标签扫描器，它能自动提示货品离架和摆放位置错误，解决及时补货和正确上货的难题；商店里不再存在传统的收银台，而被一个智能收银台取代。智能收银台可以通过一个安装RFID标签扫描器的出口处的屏风来实现。顾客的手推车经过该屏风时，车里面的所有购品瞬间被扫描，同时智能收银台自动从顾客的信用卡上转走所有货物的总费用。这样使客户轻松结账，不再需要长时间地在传统收银台前排队等待。

　　1. RFID标签的成本障碍

　　从上面的应用模式上可以看到RFID标签带给我们更方便、更高效的消费生活。然而，要想实现每一个商品都贴上RFID标签，还有一段很长的路要走，这里的瓶颈之一就是RFID标签的成本相对较高。就目前而言，每枚标签的成本已跌到l美元以下，达到20～70美分。这对于价格高的产品是无所谓的，但是对于很多诸如牙刷、铅笔这样价格低廉的商品来说将被视为一个成本障碍。因此，要全面推广RFID标签就应在保证标签性能的前提下降低标签的制造成本。

　　2. 印刷技术在标签成本上的优势

　　RFlD标签主要可分为三大类：无源RFID标签、半有源RFID标签和有源RFID标签。对于零售包装上的RFID标签一般都是无源的RFID，它是一种被动的RFID标签，因为它需要接受阅读器发出电磁信号，感应出电流，然后发出电磁信号给阅读器，实现标签与阅读器间的信息传送。这种标签的结构一般为：基材、芯片和内置天线(线圈)。目前线圈的制造方法有：铜丝绕制法、化学腐蚀法、电镀法和直接印刷法。这四种方法中值得重点发展的是直接印刷法，因为该方法具有天线的高速印刷、耗材成本低的优点，这样可以明显降低RFID标签的成本。

　　3. 导电油墨的推动力

　　直接印刷天线的技术中，导电油墨是一个重要的推动力。没有导电油墨的发展，就没有印刷技术在RFID标签制造中的应用。导电油墨由一些易传导性的粒子、树脂或更为特殊的原材料组成，如传导聚合体。导电油墨经印刷到基材上干燥后，由于导电粒子间的距离变小，自由电子沿外加电场方向移动形成电流，具有良好的导电性能，从而使油墨担当天线的作用。油墨质量对于提高导电性能，降低油墨消耗是有着重要的意义。一个好的导电油墨配方，要求具有良好的印刷适性，印刷后具有附着力强、电阻率低、固化温度低、导电性能稳定等特性。 

　　4. 直接印刷天线技术的研究

　　目前，直接印刷天线的方法还处于研究阶段。在进行RFID标签的天线印刷时，由于不同工作频率的 RFID标签的天线线圈将对应不同的圈数、线圈厚度和每一圈之间的距离(如：HF波段使用13.56 MHz的芯片，通常它要求线圈圈数为6，厚度约为20μm。UHF波段使用868 MHz和950 MHz的芯片，线圈截面厚度约为4μm。)，故所印刷的墨层厚度、每一道线的宽度和干燥后的图形轮廓都有严格的允差范围(如：两次重叠套印的误差必须在0.1mm之内)。

　　在研究使用丝印方式进行直接印刷天线时，得到以下有益的经验：网孔选用六角形的孔形，这样有利于导电油墨的彻底转移；导电油墨选用溶剂型的油墨更佳；创造优良的油墨干燥条件（如：减小烘箱内的风速，加热温度在140℃，加热时间在30秒到120秒之间），有利于印刷线圈图形轮廓的精确成形。目前瑞士的一家轮转网版印刷设备公司已经为智能标签印刷制造了一条专用的生产线。

　　德国斯图加特媒介大学在研究凹印方式进行直接印刷RFID标签的试验中，得到以下有益的结论：最好的制版方式是使用金刚石的电子雕刻方法，分辨率选在5080dpi。这时几乎没有锯齿边，并且能精确地传送需要的单元；前端制版所需的图像文件格式使用位图格式，这样图形信息不易损失；对于网点的结构，需要选用一种特殊的有别于传统网穴的开放型网穴。如果使用传统的网穴，那么网穴间的网墙将会把导电油墨分割开，不能形成连贯的通路；开放型的网穴既保留网墙又能轻松地解决网墙分割油墨问题。

　　印刷技术参与到RFID标签制造中去，这将是一个非常有益的尝试。随着印刷工艺参数研究的不断深入，导电油墨配方的不断改良，必将使印刷技术在RFID标签制造中扮演重要的角色。

　　一、油墨的发展回顾

　　印刷行业中，油墨的地位是不言而喻的。文字与图像的呈现完全依靠油墨与承印材料的作用。五颜六色的包装，醒目的户外广告，色彩斑斓的图书，这些都离不开油墨的功劳。各种不同的印刷工艺对油墨性质的要求也有所不同，这就使油墨的种类不断细化。同时，随着印刷行业的发展，油墨已经不仅仅用于呈现图文了，它还具有防伪、装饰等作用。各种各样具有特殊工艺的油墨不断涌现，使油墨家族变得越来越庞大，其成员也各具特色。近些年来，有一种被称为电子油墨的种类悄悄出现在油墨行业，并且以其独特的个性引起人们的广泛关注，对人类的获取视觉信息的方式将带来一定的影响。

　　二、电子油墨的技术优势

　　1. 起因 网络的出现曾一度给传统的书报带来了不小的冲击，在互联网上，我们可以看新闻，可以读小说，也可以浏览到各种各样的信息，并且可以根据个人喜好有选择的看，其方便程度不言而喻。一些人曾担心我们传统的纸制的书报将会被网络所替代，但事实证明，人们的阅读习惯还是倾向于传统的阅读方式，所以纸张和这些图文的呈现工具——油墨，仍然是不可摒弃的。但现在，人们对于图书的要求也是要越来越精美，这就在一定程度上增加了书籍的重量，于是书籍也不再单单是休闲的工具，而在一定程度上变成了一种负担。怎样才能使传统的书报变得轻便，易于携带且信息量只增不减呢？我们需要对纸张进行改造，而电子油墨正是这一新型材料上呈现图文的工具。

　　2. 结构 电子油墨由美国E-ink公司出品，具有传统纸质油墨的外观和电子显示的能力。结构如图一，它本身是一种液体，由成百万的直径大小约有100μm的微粒胶囊构成（类似于头发的粗细），而胶囊则由在有色染料上悬浮着的白色微粒组成，这些白色微粒是关键物质，是由氧化钛研磨而成的小颗粒。这个微粒胶囊夹在两个极性相反的电场中间。当氧化钛本身是负电荷而加在上面的电场是正电的时候，它将移向带有正电的表面。——于是它就可以显示白色像素了；如果极性相反，则带负电的氧化钛颗粒就受到排斥远离顶层，染色的油墨就显现出来，这些发出不同颜色的胶囊进行适当的排列组合，就可以印出各种各样的文字和图案来，通过控制氧化钛颗粒在胶囊中的位置可以获得灰度图像。只要这张电子纸不损坏，就可以重复使用无数次。

　　3. 优势 与传统油墨相比，电子油墨的一些优势十分突出：

　　①适印性强，适用几乎所有的材料。不管它具有多么明显的个性，电子油墨始终是一种油墨，它要具备基本的油墨适性——适印性。它可以印在纺织品、纸张、塑料和别的许多材料。与液晶显示器不同，电子油墨可以在塑料表面显示，这使其超薄，富有弹性而不易碎。

　　②边缘锐化度高，图像清晰。利用精度较高的设备对电子油墨形成的图像及静电复印干粉形成的图像相比，前者具有更清晰的锐化度，在印刷连续调图像时，这种优势更为突出。

　　③耐旋光性好，不易褪色。与传统油墨不同，电子油墨中的色素颗粒是封装在塑胶树脂中的，能保护色素的化学成分不被氧化或潮湿空气的影响，在紫外线照射下也不会发生变化。

　　④干燥迅速。对于传统油墨来说，油墨在到达承印物之后，会有一个干燥的过程，对于不同的油墨来说，干燥的性能也不同，所需时间长短也不固定，对于不同的印刷工艺，要适当的进行进一步的干燥处理，但电子油墨不需要这样，电子油墨一旦转移到承印物上之后，会自动固化，因此可以说是实时干燥。
除了上述优势外，它还具有一些自己特有的特点：

　　①亮度高。电子油墨的显示亮度是LCD液晶显示器的6倍且其显示媒体材料厚度上也要比LCD液晶显示器要薄大约30%左右。从任何一种角度阅读都不会

　　②电子油墨的能耗低,效果持久，图像质量稳定。油墨中的涂料颗粒一旦达到一种状态之后，图文被形成，切断电源后，电子油墨构成的图文仍然可以保留在屏幕上，于是在页面形成后，可以断开电源阅读，并且不需要额外的能源支持。只有在内容改变时才消耗能量，改变一个3inch的字符约需12mj。

　　③这种电子油墨因其成本低廉，可以大面积使用，并且可以常刷常新。目前电子油墨的符号显示设计，所采用的刷新频率低于1秒，可能达到的刷新的速度超过每秒60次。

　　④色域广。类似于传统油墨的显色能力，颜色数多。其专色系统的电子油墨将色域拓展到四色基本色所不能达到的色域。根据国际色彩标准进行印刷，通过电子调整色彩的浓度，从而适合不同的印刷需要。彩色的电子油墨显示工具可以显示上千种颜色。

　　三、电子油墨的应用

　　目前，由于电子油墨已经逐渐为人们所熟识，其应用范围也日渐增大。例如，它可用于卷筒纸印刷，用作无色承印材料的不透明白色涂层，也可用于光泽广告纸和别的大版式标签，其固有特点让其可灵活地显示，就像在纸张上的显示一样，如图二所示。电子油墨还可以印刷在曲面上，印品的表面还可以弯曲；并且仅仅需要改变内容时才消耗功率。在和PANTONE兼容的Indigo专色系统也有电子油墨的应用。在Indigo的彩色数码柯式印刷机中，有一个特有的功能组合，印刷机全部采用电子油墨（即Indigo的独特液体油墨）。电子油墨能达到极小的颗粒（1～2μm），这样小的微粒使印刷能达更高分辨率和光滑度，锐化的图

　　索尼公司与美国的麻省的EInk公司，荷兰飞利浦和日本的Toppan印刷技术公司联合研制，推出的Ebook阅读器Librie，也采用了E-Ink电子油墨技术。其阅读器的分辨率有800x600dpi，黑白字体的清晰度足以胜过任何LCD液晶显示屏。

　　近日在日本Aichi举行的EXPO2005展会中，Toppan Printing 展示了其趋于成熟的E-ink电子油墨技术—— 一块墙壁大小的E-ink显示屏，如图三。这块显示屏是由272块独立的电子墨水面板组成。Toppan Printing的E-ink电子油墨技术类似于Sony LIBRIe电子阅读器，后者以其细腻平和的显示效果曾经让不少人折服。

　　到目前为止，对于电子油墨的最新的应用当属世界第一块电子纸手表，如图四。由E-ink公司与日本爱普生公司等多家机构联合推出。这款手表具有易读、超薄及可弯曲等优点。由于其显示时不需要背景灯，其固有的稳定性记忆能力使呈像时也不需要能量来维持，因此还具有低耗能的特点。这款手表预计在2006年将推向市场。

　　四、市场展望

　　1. 市场潜力。 电子油墨的应用前景充满希望，吸引了不少商家，美国Hearst公司为此已投资数百万美元，用来研究开发重复使用的报纸，摩托罗拉公司也希望把它作为无线技术业务的一项外延产品，以色列的Indigo公司推出世界上第一台数字式彩色胶印机E-print 1000时也曾用过称这为电子油墨的新型专用液色剂。而其创始公司E-Ink公司也在不断与IBM公司及Lucent Tech-nologies等公司合作，致力于生产电子油墨的显示器。

　　2. 前景展望。 目前，国内的厂家还无法生产电子油墨，在数字印刷领域，这无疑是我们的一项空白，要想使我们的印刷质量能尽快达到国际水平，新技术的研制和开发、新产品的生产和推广都是我们应该着重努力的方向。由于其价格、使用设备及其它一些客观条件的限制，短时间内电子油墨在国内的使用不会像传统油墨那样普及，但这并不能抹煞它的优势。对于绝大多数印刷厂来讲，这还是一块未知领域，其极大市场潜力不容忽视。我们追求的是高质量的印品，而电子油墨具有体现印品高质量的能力，相信在不久的将来，电子油墨的应用一定会更加广泛，国内的印刷厂家也应该抓紧商机，在未来的竞争当中占有先机。