CN102556458B - 多层、光学可标记介质以及使用该介质的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多层叠层介质，其中信息可采用机器或人类可读取的格式通过一个或多个激光或者其他高强度光源的输出添加在可视前表面上。在优选实施例中，该结局具有三层，包括基板、热变色层和位于介质基板和热变色层之间的吸光层。吸光层适于从光源吸收光并且将所吸收的光转换为热量。该热量立刻传导入与吸光层热接触的热变色层的选定部分，使得热变色层的各部分来变可视外观，诸如颜色，从而产生所需的标记。该介质优选地包括模糊装置以减少吸光层相对于肉眼的可视度。吸光层优选地为低成本吸收剂，诸如炭黑。本发明的备选方式是包括基板和热变色层的双层叠层介质。本发明可与对产品贴标签结合使用。本发明包括与对产品贴标签结合地使用介质的方法和装置。

Description

多层、光学可标记介质以及使用该介质的方法和设备
该申请为于2008年2月28日进入中国国家阶段，申请号为：200680031648.9的PCT申请的分案申请，该PCT申请的国际申请号为：PCT/US2006/033586，申请日为2006年8月28日。
相关申请的交叉引用
本申请是2005年3月1日提交的美国申请No.11/069,330的继续申请。本申请要求2005年8月29日提交的美国临时申请No.60/712,640和2006年4月4日提交的No.60/789,505的利益和优先权。
技术领域
本发明总体涉及激光(或者其他高强度光)可标记介质，用作例如贴标签机和/或用于封装或者其他打印应用包括销售点的薄膜打印、传真机和层压卡(例如身份证)打印机的标签。
背景技术
贴标签和封装市场不断需求更快速、更加成本有效的标记系统，能够为具有较长寿命的非平表面印标记，并且能“飞速地”印上标签或者封装膜。
如现有技术所公知的，高容量标签介质的直射激光阵列标记具有许多优势：无油墨或者墨带、无接触(使得头部寿命更长)并且允许非平介质或者打印在非平基板上；参见已出版的PCT专利申请WO 05/049332-2005年2月6日出版。
现有技术中同样公知的是，二极管激光阵列能够提供低成本、紧凑、告诉、高可靠度的方案，以生产待涂敷的标签标记辊。
现有技术的直射激光标记系统的主要缺点在于它们需要二极管激光器的NIR(近红外)波长敏感的介质。传统方法需要具有窄吸收带的NIR(近红外)吸收器，因为在可见波长范围内的任何剩余吸收将导致介质的可见着 色。在大多数情况下，白色或无色介质是优选的，因此着色是不需要的。另外，窄带NIR吸收器成本较高，明显地增加了介质的成本，当在类似于封装/产品标记的情况下使用时，成本需要非常低。
发明内容
本发明克服现有技术系统中的前述问题。
本发明包括一种生产用于NIR激光器的激光可标记介质，同时避免对窄带NIR吸收器的需要。
更具体地说，本发明的一项实施例包括新颖的“非直射”光可标记、多层介质，其中激光输出光(或者其他的高强度光)由一层介质吸收并且转换成热量，立即热传导入邻近热变色层的选定部分，并且形成理想的图像。“非直射”可标记介质优选地利用三层标记叠层(除了任何粘合层)，包括覆盖或者嵌入半透明塑料基板的前表面中的一层光吸收材料(优选为碳黑)。该介质可以“背面标记”或者“前面标记”。在“背面标记”的情况下，在一项实施例中，在激光输出光束已经通过半透明标签基板之后，优选碳黑吸收激光(或者其他高强度光)输出光束的输出光能，并且将所吸收的光能转换为热量；该热量被传导入热变色层前部或可见层，使得所需部分的热变色层改变颜色(或者可视外观)从而形成理想的图像。
在“前部标记”模式中，在一项实施例中，输出光束通过介质的“前部”，即首先经过热变色层，然后进入光吸收层。
本发明包括优化该系统的整体效率的其他特征，包括在热变色涂层中或者热变色涂层的前表面上使用反射材料，使用遮蔽技术，以遮蔽碳黑(或者其他)光吸收层，如下文详细说明。
激光可标记标签现有技术包括(除了上述的WO 05/049332)，使用碳黑作为可剥落层以及作为供体[参见US 6,001,530(见第4栏53-58行)；US6,140,008(见第2栏57-59行)；US 6,207,344(见第2栏47-50行)；US2005/0115920A1(见第2页[0016]段)以及US 7,021,549(见第3栏39-43行)]。但是，该现有技术没有教导或暗示使用碳黑作为将所吸收的光转换为热量并且导入邻近热变色层的光吸收材料，该现有技术没有教导或暗示具有光吸收中心层、热变色层和基板的三层标签叠层。
本发明可应用至水果和蔬菜的自动印标签。更具体地说，本发明提供一种改善的层叠标签结构，使用在将可变信息“快速地”添加至单个产品的标 签的系统。本发明极大地减少了自动生产标签所需的贴标签机、标签设计和标签库存的数量。本发明简化了封装操作并且通过减少工时和自动生产标签所需的标签库存而减少了成本。
本发明的主要目的是提供一种激光(或者其他高强度光源)可标记、多层介质，用作标签或者结合用于NIR激光的低成本光吸收层的薄膜打印，同时避免昂贵窄带NIR吸收机和移除剩余介质染色的需要。
本发明的其他目的是提供一种可穿过介质的前或后表面进行标记的“非直射”激光(或者其他高强度光源)可标记、多层介质。
本发明的其他目的是提供一种激光可标记、多层介质，其中低成本、宽带吸光层，诸如炭黑，吸收激光输出光并且将所吸收的光转换为热量，所吸收的热量被导入临近热变色层以形成所需的图像。
本发明的另一目的是提供一种激光(或者其他高强度光源)可标记、多层介质，包括如上所述的吸光层以及用于防止肉眼看到所述吸光层的模糊装置。
本发明的另一目的是提供一种用在将标签添加至单件产品上的自动贴标签机的多层介质，其中，在刚要将标签添加至产品之前将可变编码信息添加至每个标签。
本发明的另一目的是提供一种层叠标签设计，能够在标签已经被传送至旋转膜盒添加器中的膜盒末端之后将可变的编码信息添加至标签，仅需要对旋转膜盒标签添加机做出细小的改进。
本发明的另一目的是提供一种在不需要减小旋转膜盒添加器的运转速度的情况下将可变编码信息添加至标签以用作旋转膜盒添加器的层叠标签。
其他目的和优势将从随后的说明书和附图中变得清楚明了，其中：
附图说明
图1A和1B是示出本发明的三层层叠介质的“背部标记”的示意图；
图2A和2B是用于标记本发明的三层介质的“前部标记”技术的示意图；
图3A和3B使出图1A和1B的多层介质60，包括可选的模糊装置；
图4是如图1A和1B所示的介质60的示意图，其中吸光层嵌入基板中，与承载在基板层的表面上相对；
图5A是图1A和1B的介质的示意图，还具有添加至介质前表面的可选反射性涂层；
图5B是图1A和1B的介质的示意图，使出可选的保护性涂层；
图6和7是自动产品贴标签机的各部分的透视图，其中，有利地使用了本发明的标签；
图8是示出使用“背部标记”技术在图6和7总体示出的产品贴标签机中标记本发明的三层叠层的示意图；
图9A和9B是示出光能如何由中部光吸收层吸收、转化为热量并且传入热变色层的选定部分以产生所需标记的示意图；
图10A-10F示出在热变色层中使用反射性材料以使得被反射的输出光束再次穿过吸光层从而增加该技术的整体效率；
图11A和11B示出由本发明生产的典型标记的外观；图11A示出典型的尺寸，图11B示出典型标记的实际尺寸；以及
图12是本发明的双层形式的示意图，包括基板层和热变色层。
具体实施方式
三层介质的“背侧”标记
图1A和1B示出新颖的多层层叠标签60的“背部标记”的整体概念。标签60包括具有背表面61a和前表面61b的半透明塑料基板61。吸光材料层62(优选地炭黑)通过被应用为由基板61的前表面61b承载的薄膜或者通过嵌入基板61中临近前表面61b的位置处而由基板60的前表面61b承载。热变色层63优选地由吸光层62的前表面62b承载并且与之热接触。热变色层63具有背表面63a和前表面63b。前表面63b形成标签60的前部可视表面。激光编码装置(或者高强度光源)40的输出41由吸光层62局部地吸收并且转换为热量。光源40可以是一个或多个CO2激光、一个或多个二极管激光、可编址激光阵列或者一个或多个LED。如现有技术公知的，通过操纵光源或者通过对激光阵列编程而使光源40的输出41形成所需的图像。在层62中吸收的热量被立刻传导入热变色层63并且使得层63的选定部分改变颜色或者改变视觉外观从而形成所需的图像。词组“改变视觉外观”意味着改变颜色、明暗度或者外观的其他可视觉检测到的改变。
图1A和1B示出本发明的“背部标记”实施例，其中的激光(或者其 他光源)辐射41穿过介质60的背部或后部(未示出)表面61a。介质60包括三层：前层63、后层61和低成本的中间吸光层62。图1B示出观察最终标记68的观察者的眼睛65。光由低成本的吸光层62吸收，该吸光层吸收宽频谱的光，包括NIR，该层也吸收可见光。这种材料更方便地可采用墨水，比窄带NIR吸收器更便宜(大约便宜80％)-一个实例是炭黑。而且，该层可由更宽波长范围包括可见光的光源激活。临近吸光层62的是执行两项功能的热变色层63：该层响应于当所施加的光辐射由吸光层62吸收并且传入热变色层63时产生的热量改变颜色或者改变视觉外观，该层优选地使吸光层62模糊使得吸光层62的可见度减小或者当如图1B所示从前表面观看介质时肉眼无法看到。颜色(或者可视外观)改变功能可通过任何的热变色化学实现，诸如使用在标准直射热介质中的(例如包括leuko染色和颜色催化剂的涂层)。其他实例是包括颜色催化剂、显色剂和感光剂的涂层。因此，这已经是低成本的大市场产品。模糊功能可通过将发散材料加入至热变色前层63而得以增强。例如，适当尺寸的TiO2颗粒对于在薄层中实现模糊来说是非常有效的。颜色改变前层63中的散光材料的其他益处是一次通过吸光层的未被吸收的光通过前层中的散光材料而被反射或者向后分散(如图9A-9B和10A-10F所示以及如下所述)，由此再次穿过吸光层62以再次被吸收。
这种设计的一个限制是用作后层61的任何基板必须是半透明的，以允许光到达吸光层62。术语“半透明的”，如这里所使用的以及在权利要求中所使用的，意味着透明地或者足以传送输出光束以形成所需的图像。这可以是聚合物，例如但是并不局限于，聚乙烯、聚丙烯和聚酯。
为了实现最佳的感光性，应该最大化相应于给定激光能量的变色层63的峰值温度。这可通过下述步骤实现：
-使用薄的高度传热和吸光层62(炭黑的备选方案是具有改善传热性的石墨或者碳微管)。
-再次使用薄变色(热变色)层63，其也具有良好的传热性以确保热量到达该层的上部或该层的前部可见表面，以及标记可见度是最大的。
-使用具有小于100％吸收度的吸光层62，使得穿过吸光层的吸收分布朝向临近变色(热变色)层63的表面移位。
-如果外敷层(未示出)用在变色层63的上部(例如实现抗溶解)，该 层应该尽可能地薄。
需要指出的是，图1A和1B所示的介质60的“背侧”激光标记可用在各种打印、贴标签和封装应用中。
三层介质的“前侧”标记
图2A和2B示出根据本发明的穿过三层层叠介质160的前侧的直射激光标记。该实施例可用在诸如贴标签、封装或者其他打印应用的应用中。如图2A和2B所述，激光束(或者其他高强度光束诸如激光二极管阵列)341从光源140射出并且应用到具有前表面163b、后表面161a以及具有三个分离层即前层163、后层161和低成本中间或中部吸热层162的介质160。此时，使用前部标记对前层163进行标记，但是保留宽带吸收剂162(例如炭黑)的低成本优势。此时，为了避免吸光层162被观看前表面163b上的最终标记168的观察者165(如图2B所示)看到，覆盖的热变色前层163在可视的范围内形成为不透明的，但是仍然允许处于激活波长一般为700nm-1600nm的光穿过。这可通过结合折射率与热变色前层163不匹配且在激活波长中较小但在可见波长范围中较大的绝缘材料的颗粒来实现。
为了最大化这种情况下的感光度，需要吸收层162中的高吸收系数以最大化所产生的热量与热变色层163的邻近度。最小化热变色层163和任何覆盖层(未示出)的厚度也可通过最小化散热来最大化感光度。
图1A、1B、2A和2B所示的标记系统是“非直射”光标记系统或者技术，其输出光首先由吸光层(62、162)吸收、通过吸光层(62、162)转化为热量然后热传导至热变色层(63、163)以产生所需的标记。
图3A和3B示出包括可选模糊装置80的多层介质60，如图1A和1B所示。如图3A所示，基板61具有如上所述的背表面61a。吸光层62示出在图3A中，承载在基板61的表面上。如图3A所示，模糊装置180是位于吸光层62和热变色层63之间的材料层181。模糊装置80的目的是减小吸光层62暴露至肉眼的可见度。层181可由下述材料中选出：TiO2颗粒、碳酸钙颗粒、蜡粉和其中形成气泡的聚合物矩阵。模糊层181是至少一种半透明材料与上述材料组其中之一的微观混合物，其中的半透明材料的折射率不同于所述组中的材料。模糊层181应该优选较薄并且具有高导热率以实现吸光层62与热变色层63之间的最佳热接触。
可选择地，模糊装置80可包括可变的模糊层181，其中的热变色作用通 过改变模糊程度来实现(即，不使用白色燃料)。例如，层181在没有受热时可以是半透明的，从吸光层62传过来的热使其变为不透明的，例如，通过聚合物基体中的气泡的形成，由此使吸收层模糊化。可选择地，模糊层181在没有受热时可具有不透明的状态，从吸光层62传导过来的热量使得模糊层181半透明，例如通过将蜡粉熔化在气体/蜡混合物中，由此允许黑色的吸收层62在暴露区域中是可以被看见的。
图3B示出本发明的备选实施例，其中，模糊装置185并非形成分离的层，而是嵌入热变色层163中。该备选模糊装置185执行基本上与图3A所示的模糊装置180相同的功能。模糊装置185优选地尽可能接近吸光层62定位，但是在任何情况下位于吸光层62与热变色层63的前部可见表面63b之间。
模糊装置80和/或85也可采用与图3A和3B所示添加至介质60相同的方式添加至图2A和2B所示的介质160。如在图2A、2B的“前部标记”技术中所使用的，模糊装置80和/或85对于光源输出光束的波长来说是半透明的。
图4是图1A和1B所示的介质60的示意图，其中，吸光层62m嵌入基板层61。吸光层62m优选为压入塑料基板61的炭黑。该优选炭黑层必须尽可能地薄并且尽可能地稠以确保足够的输出光能转换为热并且高效地传导到热变色层63中。热变色层优选地通过苯胺印刷添加至基板61。
作为将吸光层嵌入基板61的备选方案，如图4所示，吸光层62或162(图1A、1B、2A和2B)可通过苯胺印刷添加至所述基板，然后通过苯胺印刷将热变色层63或163添加至所述吸光层62或162以得到如图1A、1B、2A和2B所示的三层独立的层。
图5A是图1A和1B所示的介质60的示意图，其中，已经将可选的反射涂层64添加至热变色层63的前表面63b。涂层64或者由层63承载或者邻近层63的前表面63b。反射层64的目的是将没有被吸光层62吸收的光反射回吸光层62作为首次穿过吸光层62的输出光束。
图5B是示出可选保护涂层65的图1A和1B的介质60的示意图，该涂层优选为例如保护热变色层63的涂漆的纯保护性涂层。
使用多层叠层对产品贴标签
现有技术一般需要分离的贴标签机和标签设计用于每个寻价(price look  up)或者“PLU”数字。零售商需要PLU数以促进付款时的快速处理和精确的计价。例如，为了将表示“小”或“中”或“大”尺寸符号的标签添加至苹果，现有技术一般需三种分离的贴标签机、三种分离的标签设计和三种标签存货。如果包装厂包装超过一种商标，那么设备结构将变得复杂。该标签添加设备是昂贵的并且需要维护，并且需要分选机具有大量的物理空间，由此限制包装操作将其产品放置的位置从而进一步包装产品。本发明有助于仅采用一种贴标签机和一种标签设计以在上述实例中进行相同的贴标签操作。
广泛使用类型的产品贴标签机使用旋转波纹管添加器。有利地，在创造“飞速地”添加可变编码的系统时，需要最小化对现有产品贴标签机作出的任何改进。类似地，必须保持现有贴标签机的运转速度。
本发明解决“飞速地”添加可变编码信息的问题。不需要对现有旋转波纹管添加器进行明显的改进。不需要减小贴标签的速度。在优选实施例中，本发明使用一个或多个激光输出光束穿过该标签的背表面或反面(其上承载有粘合剂层)，穿过标签基板，使图像形成在标签的前部或可见表面。
现有技术采用各种尝试以满足对更多种标签和可变信息的不断增加的需求。现有技术的一种方案(美国专利6,179,030)是将产品贴标签机定位在具有一定尺寸的设备的下游，使得所有标签都表示相同尺寸的产品。当然，该方案需要改进传送设备的代价并且受限于具有一定尺寸信息的应用。
现有技术的另一种尝试方案为在将标签传送至波纹管末端之前(参见美国专利6,257,294)将可变的编码信息添加至前或可见标签表面。采用该尝试方案的难度在于随着标签从标签承载带传送至波纹管的末端而将标签扭转和弯折的同时进行标签打印。提供空气流的复杂阵列以尝试控制该标签并且使墨水干化。这里，申请人已经研究过该设备，申请人认为该方案在商业上还没有被接受。
另一种可能的方案是在将标签传送至旋转波纹管的点的上游处将可变信息添加至标签。这种方案的难度在于需要使用传感器和定时装置，由此会明显增加成本。例如，为了检测24项产品的可变信息，并且能够将新打印的标签添加至一件以24个“槽”远离已经贴标签的产品，需要使用更多的内存和复杂的定时和同步线路已确保将正确的信息添加至正确的产品；这些的成本可受到控制。
本发明克服现有技术的尝试中的上述难点。本发明避免了重新构造由美 国专利6,179,030所需的定尺寸和传送设备。本发明与美国专利6,257,294直接比较可知，在将该标签传送至旋转波纹管的末端之后将可变编码信息添加至该标签，并且避免在现有技术方案中存在的问题。此外，本发明进一步与美国专利6,179,030直接比较，通过使用立刻与本发明的新颖标签叠层反应的一个或多个激光束避免了使用喷墨和所需的干燥时间。本发明也通过在将标签添加至适当产品之前立刻添加可变编码信息来避免使用高成本的检测和定时线路。
本标签层叠发明尤其与美国专利申请No.11/069,330(2005年3月1日提交，名称为“Method Apparatus for Applying Variable Coded Labels to Items of Produce”)所公开的系统一起使用，该申请(’330申请)的完整内容引用结合于此。’330申请的相关方面内容包括在下文中以便于说明本发明。对于贴标签机的更完整的说明包含在’330申请中并且引用结合于此。如’330申请所示，使用旋转波纹管添加器已经成为产品贴标签行业的标准。如果不使用旋转波纹管添加器头将会需要对新型贴标签设备进行大量的投资。
本发明仅需要对标准旋转波纹管添加器进行微小的改进。本发明没有使用需要较长干燥时间的墨水。本发明在每个标签正在移动的同时添加信息，但是在相对稳定的位置，在标签已经被传送至波纹管末端之后，最大化图像清晰度。本发明能够以与现有旋转波纹管标签添加器的最大速度相匹配的速度形成图像。
这里的图6和7是从’330申请的复制。如图6和7所示，标签盒10一次将一个标签供给至旋转波纹管添加器20的波纹管21-24的末端上，如现有技术所公知的。在将标签添加至产品之前，使用激光编码装置40(可以是激光、激光阵列、LED或者其他高强度源头)在压感薄膜产品标签160上形成可变的人或机器可读取编码(如图6所示)。相应于检测诸如尺寸或颜色的变量的检测装置90而得到这些编码，如’330申请更加完全所述的那样。该编码优选地通过从背侧经由粘合剂和薄膜层来标记标签60而形成，如图1A和1B整体所示和如下文详细所述的那样。
图8示意性地示出标记本发明的多层层叠标签160的实际环境。图8、9A和9B的标签160与图1A和1B的标签60相同，除了标签160包括第四层半透明粘合剂169并且从图1A和1B的取向旋转180°。前部和可见表面163b处于图9A和9B中的介质160的右手侧，而前部或可见表面63b处于 图1A和1B的介质60的左手侧。多层标签160如图8所示承载在波纹管123的末端123a。标签160如图所示形成有弯曲表面，因为波纹管末端123a的表面具有弯曲或拱形形状。波纹管123沿箭头128的方向围绕旋转轴129旋转。如图6-8所示但是最佳如图8所示，标签160包括半透明塑料基板161、低成本吸光层(优选为炭黑)162和热变色层163。粘合剂169由塑料基板161的背表面161a承载并且用于将标签160粘合至应该添加标签的产品。激光编码装置(或者其他高强度光源)140示意性地如图所示发出输出光束141。应该理解，激光编码装置140可以优选为可编码固态半导体二极管激光阵列或者可以是单一的CO2激光，其输出光束可由电流计或本领域公知的其他装置移动。如图6-8所示，波纹管123在波纹以低标签添加速度瞬时停止的两个指示站之间移动；在更高的标签添加速度下，波纹不会停止。根据本发明以及如下所述，有利地随着波纹管123以相对稳定的速率在两个指示位置之间移动来标记标签160。
图9A和9B是图8所示的标签标记中使用的方法的示意图。如图9A所示，输出激光束141已经穿过半透明粘合剂层169和半透明基板161并且将要进入吸光炭黑层162。表示激光输出光束141的箭头厚度表示随着输出光束开始进入吸光层162而在输出光束中包含的能量。
如图9B所示，激光束141已经通过吸光层162，并且将其能量的大部分传送入吸光层162，剩余光束141已经断裂为反射片段141a，通过基板161和粘合剂层169向后反射。第二片段141b单纯地通过热变色层163并且损失。表示光束片段的箭头141a和141b的减小宽度示出光束141的大概70％的能量被吸光层162吸收并且立即传送入热变色层163，如热变色层163的部分163m所示，其已经改变颜色(或者改变其视觉外观)以根据本发明形成一部分标记。
图10A至10F示出本发明的另一方面，其中激光输出光束241如图所示进入多层层叠标签260。如图10B所示，输出光束已经通过半透明粘合剂层269和半透明塑料基板261并且将要进入吸光层262。
如图10C所示，激光束241如图所示通过吸光层262，在吸光层中损失其能量的大部分并且在其进入热变色层263时保持其能量的大概30％。
图10D示出激光束241由嵌入热变色层263的反射性颗粒267向后反射。所反射的激光束如图10D所示开始第二次穿过吸光层262。
图10E示出激光束241已经第二次通过吸光层262并且已经损失其剩余能量的大部分，但是已经将额外的光能贡献给吸光层262。激光束241二次通过吸光层的光能被立即转化为热能并且传入热变色层263，其与吸光层262热接触，并且使得热变色层263的一部分263m改变颜色(或者改变其视觉外观)。
作为将分散材料嵌入热变色层263的备选实施例，如图10A-10F所示，可将反射性涂层添加至热变色层263的前表面263b，这将使得激光束的剩余部分通过吸光层262向后反射，其中，输出激光束的剩余能量的大部分被传送入吸光层262。
图11A和11B是由本发明形成的典型标记68的外观的图示；图11A示出典型尺寸，图11B示出典型标记68的实际尺寸。
两层介质的直射激光标记
除了上述实施例，本发明也包括使用具有塑料基板层和热变色层的双层介质的直射激光标记。
如图12示意性地示出，两层介质260包括基板361和热变色层363。介质360的背面或反面是基板361的背侧或反侧361a。图12所示的介质360的前可见表面是作为热变色层363的前表面363b。
相应于双层介质的层叠标签材料要求
下文是对用于实现可接受质量的水果和蔬菜标签的双层标签的层叠标签要求的总体说明。
层叠基板361优选为大概40μm厚的低密度聚乙烯(LDPE)薄膜。
该介质和其部件必须符合政府的关于管理类似产品的使用的食物、健康和安全方面的规定。
基板361必须不能具有任何的滑动试剂或者其他添加剂，除了最小量的天然硅抗堵塞试剂和聚合物处理辅助(在已完成薄膜的表面层中不存在)，同样在白色薄膜产品的情况下进行白色母炼胶。
标签薄膜或基板361是具有白色母炼胶的挤压薄膜。白色母炼胶一般包括TiO2、立德粉(Lithopone)、瓷土(Kaolin Clay)或者其他适当的白化剂。
实例方法
无法使用一种方法在PE标签上实现合格的标记。但是，必须协调或处理若干主要部件从而得到所需要的结果。表1示出五种实例方法和在PE标 签上实现合格标记的相对主要部件。跟随下表，将说明相应于每个实例的各种部件的详细描述。
表1.下述表给出已研制若干方法，用于采用给定的激光源获得可读取的标记。下表示出一些获得标记所需的比较重要的特征。
    激光   波长   密度   NIR   薄膜
  方法   源   nm   J/cm2   Abs或ber   w/过滤器
  1   CO2   10,600   0.69   N   LDPE w/TiO2
  2   二极管   980   2.10   Y   LDPE w/无过滤器
  3   二极管   830   1.75   Y   LDPE w/无过滤器
  4   二极管   980   0.83   Y   LDPE w/无过滤器
  5   二极管   980   1.67   Y   LDPE w/炭黑过滤器
1.实现激光标记的主要部件
1.1激光能密度：能量密度(ε)是在特定时间量中在给定区域上形成标记所需的能量的测量值并且根据下述方程进行推算
ϵ = P · t A = P v · d 1
其中P-形成标记所需的激光能(W)，
t-形成标记所需的时间(s)，
A-被标记的面积(cm2)，
v-样本移动通过固定激光的速度或者激光在样本上移动的速度(cm/s)，和
d1-激光点尺寸的直径(cm)。
例如，采用CO2激光和电流计将黑色可读取标记形成至LDPE标签上所需的能量密度，LDPE标签通过背侧涂覆有热着色材料，如下所述：
ϵ = P v · d 1 = 8 W 500 cm / s · 0.023 cm = 0.69 J / cm 2
1.2激光波长：波长取决于所选择的激光源。所选择的两个源是CO2和二极管激光。典型的激光供应商是Synrad，Inc.，Universal Laser Systems，Inc.，JDS Uniphase Corp.，Coherent，Inc.，Sacher Lasertechnik GmbH等。
CO2激光的波长为大概9,200与10,900nm之间(激光一般特定为10,600nm)。二极管激光具有多种波长(300至2300nm)；但是，为了这一应用，最适合的波长范围处于800与1600nm之间。该范围正好经过可见范 围并且处于通常供应的低成本二极管激光的范围内。
1.3标签基板填充材料：将用于基板361的填充材料选择为实现两个基本功能：具有适当背景以实现与激光标记的高对比度并且允许选定激光波长的高透射度(或者低吸收度)。换句话说，叠层必须对于激光是不可见的并且对于人眼的是白色(如果标记是黑色的)。
用于方法1和2的填充材料(参见表格1)是包含大概7.5％的TiO2的白色母炼胶。TiO2具有大概200至220nm的颗粒尺寸。
对于方法3至4，不将母炼胶吹入标签基板材料361(一般是聚乙烯)。因此，该材料对人眼是清楚的，并且对于由二极管激光产生的波长是半透明的。
对于方法5，采用炭黑的NIR吸收器被吹入标签基板表面上的薄层。
1.4涂层：用在该实施例中的涂层363是一般用在纸上的涂层和/或用于直射热打印的薄膜。这些涂层一般包含过滤器，类似白瓷土，以提供打印头所放置的表面；但是，对于这一应用是不需要的。一般地，热层必需包含三个主要部件-颜色形成器、显色器和感光器。激光或激光与吸收器相交互的热能使得感光器熔化，允许颜色形成器和显色器共同标记图像。供给这种类型的产品的公司是Appleton(www.appletonideas.com)、Ciba Specialty Chemicals(www.cibasc.com)、Smith and McLaurin LTD(www.smcl.co.uk)等。
1.5激光感应吸收器：NIR吸收器主要与二极管激光源共同使用从而作为吸收激光能的储存器。这允许介质加热至产生颜色变化所需的温度。可从下述源中获得典型的吸收器：Exciton(IRA 980B)、H.W.Sands(SDA 9811)等。
2.其他标签材料规格
存在两种不同的规格的系统用于将激光感应剂集成入或集成至基部标签材料上并且包括：
A.在其上将试剂结合入聚合物中的掺杂膜，以及
B.包含可作为液体添加至薄膜表面的试剂的表面涂层。
研制这种材料的关键问题如下所述：
2.1安全：该材料作为液体必须不能造成小刺激。涂覆和激光打印的薄膜包括激光激活的区域必须满足直接食物接触的要求并且当消化非常少的 量时必须是无毒害的。
2.2环境考虑：该材料和最终得到的标记必须是稳定的和防溅型的并且持久从而经受典型的包装仓库环境(即，环境温度0至45℃，相对湿度至98％非浓缩。)其也必须经受腐蚀性环境7-11.5pH。
2.3可操作性：涂层或填充的材料不能以任何方式影响已完成的标签粘附、贴合或者符合正常贴标签的水果表面的能力。
2.4激光激活材料：反应性材料有必要不发出有害烟雾或者其他残留物，也不在基板上剩下任何有害剩余物。因此，优选地，将激光感应试剂放入薄膜中作为填料(掺杂的)而不是作为涂层进行添加。
2.4.1填料特性-有必要使感应填料混合入基部薄膜材料。最终的构造必须包含所有的核心特征，当前标签材料的属性反应于以特定能量密度施加至其表面的激光能。
2.4.2涂层特性-下述是关于激光激活涂层的形成和施加的主要问题：
2.4.2.1形成-线内苯胺印刷是优选的涂布过程。如果无法采用苯胺印刷，可考虑其他过程，诸如Rotary Screen、Gravure等。优选的涂层应该是基于水的。其寿命应该为6个月。
2.4.2.2离线涂层-如果线内涂层不可行，那么应该考虑在转换之前的离线涂层作为备选。
2.4.2.3白、标记黑-白，标记黑，产生足够的对比度以在打印编码时给出良好的扫描能力。
2.4.2.4柔性-涂层必须在固化之后保持柔性。
2.4.2.5可在上方打印-涂层必须可采用标准的Flexo墨水在其上打印，同时不损失光泽。
2.4.2.6稳固-涂层应该是稳固的，非常牢固地保持在基板上&能够合理地抗摩擦/刮擦。
2.4.2.7存放稳定性-当存放在通常适于压感粘合剂滚动产品的情况下，涂层作为滚动产品的部件必须是稳定的。
2.4.2.8打印稳定性-当打印纸标签表面上并且暴露至UV光&潮湿时，涂层必须是稳定的。
2.4.2.9残余-涂层中的烟气或者残余必须非常少甚至没有，所有这些残余必须是无害的。
2.5标记系统特征 
标记系统必须能够以12标签/秒(720标签/分)进行打印，这在标签添加器相当于1.27m/sec的线速度。该标签承载在波纹管上，粘合剂侧面对着激光系统(即，激光必须穿过标签的粘合剂侧进行标记。)随着在贴标签站之间标记，波纹以接近不变的速度进行移动。
因此，该材料必须反应于激光能量并且以小于规定的时间标记该实例。
用于CO2和二极管激光系统的典型激光系统规格在下述部分中列出。
2.5.1具有双轴线扫描头的CO 2 激光系统-下述表是激光系统规格的列表：
  参数   值
  激光类型   CO2
  波长   10.6μm
  能量输出   ～10瓦特或更多
  点尺寸   230μm
  典型扫描头速度   5,000mm/sec
  典型能量密度   0.69J/cm2
最重要的特性是能够在聚焦激光的同时标记图11A和11B所示的实例。典型CO2激光的场的深度是大概2mm。场参数的深度可以是有限的。这主要是因为使用激光在波纹管围绕轴线旋转时在波纹管上标记目标。通过改善场的深度，可使扫描镜跟踪该标签，由此允许激光在更多的时间内集中在目标上。
2.5.2二极管激光系统-下述表是激光系统规格的典型列表：
  参数  值
  激光类型  二极管
  波长  808nm、830nm、980nm等
  能量输出  24瓦特/cm(300dpi)
  点尺寸  80μm
  发射器间隔  80μm(300dpi)
  典型能量密度  0.20J/cm2(300dpi)
最重要的特性是能够在贴标签系统以720水果/每分钟运转时标记图11A和11B所示的实例。对于该激光系统的另一重要考虑是相应于上述系统 参数的能量密度是大概0.20J/cm2。
使用具有直射热涂层的反射性元件
下述方法说明如何使用反射性涂层、表面或颗粒来优化可用激光能量，相应于可变编码层叠标签，使用本发明“飞速地”应用至新鲜产品。与图5A和10A-10F相结合地部分说明反应性材料。这可采用各种类型的激光实现，具体地说CO2和基于二极管的激光。
通过优化地选择材料和承载层叠标签的材料的涂层，激光能可向后导引入标签以有效地增加曝光时间。因此，标签所暴露的整体能量密度得以改善并且通过激光产生的最终标记较暗或者可以更大的速度实现类似的标记。
随着光与给定材料交互，其将被反射、传送或被吸收。添加至该标签表面的热变色材料已经选择为吸收激光的能量。即使如此，50％或更多的激光能量会损失(即，传送或反射)。因此，优选地设计标签承载器的表面以将尽可能多的激光能量返回至标签的表面。由于可选择激光的不同补偿，所以该材料必须仔细地被选择以相应于所需的激光。
实例1：
设置1
激光：10瓦特CO2具有2D扫描头
涂层：直射热量(典型地出现在用于直射热打印机的纸标签上)
叠层：白色LDPE
写入速度：5000mm/s
能量：55％
标签承载材料：黑色橡胶
能量以5％的增量增加，直到最终的标记被完全标记。
对于该设置，能量级为55％。
设置2
激光：10瓦特CO2具有2D扫描头
涂层：直射热量(典型地出现在用于直射热打印机的纸标签上)
叠层：白色LDPE
写入速度：5000mm/s
能量：45％
标签承载材料：刷上的铝
再次，能量以5％的增量增加，直到最终的标记被完全标记。对于该设置，能量级为45％。这在能量中为18％的降低或者相反地整体性能增加。
实例2：
设置1
激光：0.20瓦特980nm单一激光束 
涂层：直射热量(典型地出现在用于直射热打印机的纸标签上)，具有混合入直射热层的NIR吸收器
叠层：透明LDPE
写入速度：40cm/s
能量：瓦特 
标签承载材料：黑色橡胶
写入速度以5％的增量增加，直到最终的标记被完全标记上(即，线的宽度等于完整宽度半最大激光参数-80um)。相应于该设置的写入速度是40cm/s。
设置2
激光：0.20瓦特980nm单一激光束 
涂层：直射热量(典型地出现在用于直射热打印机的纸标签上)
叠层：透明LDPE
写入速度：40cm/s
能量：瓦特 
标签承载材料：刷上的铝
写入速度以5％的增量增加，直到最终的标记被完全标记上(即，线的宽度等于完整宽度半最大激光参数-80um)。相应于该设置的写入速度是50cm/s。这是写入速度的18％增加，即性能的整体增加。
本发明的前述说明已经说明的目的示出，但是并非是穷尽的或者将本发明限制为精确的公开形式。可在上述教导的情况下进行各种改进和变化。选择和说明各实施例以最优地说明本发明的原理以及其实际应用，由此使得本领域技术人员在各种实施例中以及适于特定应用的各种改进方案中最优地使用。本发明的范围由下述权利要求限定。

Claims (34)

1.一种包括高强度光源(40)和多层叠层介质的装置，通过高强度光源的输出将可变信息以机器或人类可读取的方式添加到所述介质的可视前表面上，
其中：所述高强度光源包括激光编码装置，所述高强度光源配置为使得使用中，通过操作所述光源或者通过激光阵列的编程，引起所述高强度光源的输出以形成需要的图像；
其中，所述多层叠层介质包括：
介质基板(61)，所述基板具有背表面(61a)和可视前表面(61b)，
吸光层(62)，所述吸光层适于从所述高强度光源的所述输出吸收光并且将所述吸收光转换为热量，以及
与所述吸光层热接触的热变色层(63)，所述热变色层形成所述介质的可视前表面，其中，所述热变色层的各部分响应于将所述高强度光源的所述输出施加入所述吸光层以及将由所述吸光层吸收的光转换的热量传导入所述热变色层来改变可视外观以产生需要的图像，并且其中所述吸光层吸收处于可见和近红外(NIR)光波长范围内的光，
所述多层叠层介质还包括位于所述吸光层与所述热变色层的所述可视前表面之间的模糊装置(180)，该模糊装置减小所述吸光层相对于肉眼的可见度，
所述模糊装置包括在其吸收热量时在选定部分中变得不透明的可变模糊层。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模糊装置是位于所述吸光层与所述热变色层之间的层。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模糊装置嵌入所述热变色层。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模糊装置包括使光线分散并且使所述吸光层模糊的颗粒。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模糊装置由从下述组中选出的一种或多种材料形成，该组包括TiO2颗粒、碳酸钙颗粒、蜡粉和其中形成有气泡的聚合物基体。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模糊装置包括在其吸收热量时在选定部分中变得透明的可变模糊层。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸光层从包括炭黑、石墨和碳微管的组中选出。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸光层是近红外(NIR)吸收器。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其中，所述基板是半透明塑料，在所述高强度光源进入所述吸光层之前，所述高强度光源的所述输出通过半透明的基板的所述背表面。
10.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其中，所述高强度光源的所述输出在进入所述吸光层之前通过所述介质的所述可视前表面和所述热变色层。
11.根据权利要求10所述的装置，其中多层叠层介质具有模糊装置，并且其中所述模糊装置对于所述光源的输出波长是半透明的。
12.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其中，所述高强度光源包括可编址固态半导体二极管阵列。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述高强度光源是一个或多个LED。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述高强度光源包括单一CO2激光。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板从包括聚乙烯、聚丙烯和聚酯的组中选出。
16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热变色层包括白色染料和颜色激活器的涂层。
17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热变色层包括颜色形成器、显色器和感光器涂层。
18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸光层具有小于100％的吸收度，使得穿过所述吸光层的吸收的分布移向所述热变色层。
19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多层叠层介质还包括邻近所述热变色层的前表面的反射性涂层装置(64)，用于将光从所述高强度光源反射回至所述吸光层。
20.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多层叠层介质还包括用于将光从所述高强度光源返回入所述吸光层的反射性粒子(267)。
21.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多层叠层介质还包括由基板的所述背表面承载的半透明的粘合剂层(169)，所述基板是塑料基板。
22.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多层叠层介质还包括添加至所述热变色层的前部可见表面的透明、保护性涂层(65)。
23.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸光层嵌入所述基板中。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述热变色层通过苯胺印刷添加至所述基板。
25.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸光层通过苯胺印刷添加至所述基板。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述热变色层通过苯胺印刷添加至所述吸光层。
27.根据权利要求1至8任一项所述的装置，其中所述多层叠层介质被包括在用于自动地将标签添加至单个产品的装置中的多层标签(160)中，
其中，所述标签具有可视前表面和背表面，可变编码信息以人类或机器可读取的方式添加至所述标签，其中旋转波纹管添加器用于将单个标签从标签承载带传送至单个波纹管(123)的末端(123a)，之后到达单个产品上，其中，检测装置(90)检测所述产品的可变特征，其中，所述高强度光源的所述输出用于将所述检测的可变特征添加到每个所述标签的背表面，同时每个标签处于波纹管的末端。
28.根据权利要求1至8任一项所述的装置，包括：
用于将标签添加至产品的自动贴标签机，其中，具有多个承载在旋转添加器头部的波纹管的标签添加器用于将单个标签(160)从标签承载带传送至单个波纹管(123)的末端(123a)，之后到达单个产品上，每个标签具有可视前表面和背表面，其中：
由所述承载带承载的多个塑料标签，其中，所述塑料标签的每一个包括根据权利要求1-8任一项所述的介质，
用于检测所述单个产品的每一个的至少一个可变特征的检测装置(90)，
响应于所述检测装置进行操作的激光编码装置，用于当所述标签承载在波纹管末端上时以及将所述单个标签添加至其可变特征被检测的特定产品之前，在每个单个标签上形成表示所述可变特征的由人类或机器可读取的可变编码，
其中所述激光编码装置定位成使得其输出指向被传送至单个波纹管的所述末端的标签的背表面，
所述多层叠层介质还包括由基板的所述背表面承载的半透明的粘合剂层(169)，所述基板是塑料基板；
其中随着所述激光输出通过所述粘合剂层以及通过每个标签的所述基板，并且由所述吸光层部分吸收，所述热变色层的各部分响应于将所述激光编码装置的所述输出穿过所述基板施加入所述吸光层以及将由所述吸光层吸收的热量传导入所述热变色层来改变颜色。
29.根据权利要求1至8任一所述的装置，其中，
其中所述多层叠层介质被包括在用于自动地将标签添加至单个产品的装置中的多层标签(160)中，
其中，所述标签具有可视前表面和背表面，可变编码信息以人类或机器可读取的方式添加至所述标签，其中旋转波纹管添加器用于将单个标签从标签承载带传送，之后到达单个产品上，其中，检测装置(90)检测所述产品的可变特征，其中，所述高强度光源的所述输出用于将所述检测的可变特征添加到每个所述标签。
30.根据权利要求1至8任一所述的装置，其中所述多层叠层介质被包括在用于自动地将标签添加至单个产品的装置中的多层标签(160)中，
其中，所述标签具有可视前表面和背表面，可变编码信息以人类或机器可读取的方式添加至所述标签，其中旋转波纹管添加器用于将单个标签从标签承载带传送至单个波纹管(123)的末端(123a)，之后到达单个产品上，其中，检测装置(90)检测所述产品的可变特征，其中，所述高强度光源的所述输出用于通过每个所述标签的所述背表面添加所述检测的可变特征，同时每个标签处于波纹管的所述末端。
31.一种通过使用根据权利要求1-30任一项所述的装置的高强度光源(40)的输出，添加以机器或人类可读形式的可变信息至多层叠层介质上的方法，所述方法包括：
通过所述光源的操作或者通过激光阵列的编程，引起所述高强度光源的输出以形成需要的图像；
在所述吸光层(62)中，吸收所述高强度光源的输出且转换所吸收的光为热量；
从所述吸光层传导热量进入所述热变色层(63)以引起所述热变色层的各部分响应于添加所述高强度光源的所述输出进入所述吸光层以改变可视外观以产生需要的图像。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述方法是自动地将标签添加至单独产品的方法，其中，每个标签(160)包含采用人类或机器可读取格式的可变编码信息，其中，旋转波纹管添加器用于将单独标签从标签承载器带传送至单一波纹管(123)的末端(123a)，之后到达单个产品上，其中，检测装置(90)检测所述产品的可变特征，其中，每个所述标签包括根据权利要求1-28任一项所述的介质，其中，所述激光编码装置的所述输出用于采用其输出光束将所述检测到的可变特征添加至所述标签，所述方法包括：
将所述激光编码装置的输出添加至半透明标签基板的背表面，同时所述标签处于所述波纹管的所述末端，
使得所述激光编码装置的输出形成经检测的可变特征，
在所述吸光层的各部分从所述激光编码装置的输出吸收光能并且将所述所吸收的光转换为热，
将热量从所述吸光层传导入所述热变色层，以使得所述热变色层的各部分改变颜色从而产生人类或机器可读取格式的可变编码信息。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述波纹管在多个指标位置之间旋转，包括进一步的步骤：随着所述波纹管在两个指标位置之间旋转，将所述激光编码装置的所述输出添加至所述标签。
34.根据权利要求31至33任一项所述的方法，其中所述方法包括以12个标签/秒或者更快的速度，或者1.27米/秒或者更快的线性速度打印标签。
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