CN107533658A - 用于检测容器打开或受损的基于传感器的多有效状态nfc/rf机构 - Google Patents

用于检测容器打开或受损的基于传感器的多有效状态nfc/rf机构 Download PDF

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克里斯特·卡尔森
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Abstract

公开了一种无线(例如近场或射频)通信设备，及其制造和使用的方法。所述无线通信设备包括接收器和/或发射器、在其上具有天线的基板、集成电路、以及一个或多个连续性传感器。所述天线接收和/或发送或广播无线信号。所述集成电路处理所述无线信号和/或由该处理而得的信息，和/或生成所述无线信号和/或用于该生成的信息。所述连续性传感器配置用于感测或确定所述包装或容器中存在化学品或物质，以及因此的所述包装或容器的连续性状态，所述通信设备放置在或者固定或粘附在所述包装或者容器上。所述连续性传感器电连接到所述集成电路的一组端子，该组端子不同于所述天线所电连接的那组端子。

Description

用于检测容器打开或受损的基于传感器的多有效状态NFC/RF 机构
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年4月10日提交的美国临时专利申请62/146,105号的权益，其通过引用并入本文，如同在本文中完全阐述一样。
技术领域
本发明通常涉及近场和射频通信领域。更具体地，本发明的实施例涉及射频(RF和/或RFID)、近场通信(NFC)、高频(HF)和超高频(UFH)标签及具有用于在保持标签和设备无线通信的能力的同时检测容器打开或受损的基于传感器的机构的设备，以及制造和使用它们的方法。
背景技术
假冒和转移(在授权地区或分销商之外销售产品，也被称为“灰色市场活动”)是影响全球供应链和全球品牌的两个常见问题。除了销售正品的收入明显损失外，如果不知情的消费者对产品的质量或安全性失去信心，品牌也将受到假冒的不利影响。在灰色市场活动的情况下，品牌公司可能会在未分布的地区收到正品的销售收入，但未经授权的销售可能会损害国家和地区的特殊定价。而且，如果产品在预定地区以外出售，征税机构可能无法得到适当补偿。这种潜在的收入损失也使政府利益相关者受影响。
产品制造商经常借助不同的技术来防止假冒和转移。全息图很常见，并且可以在现场读取，但越来越容易伪造。复杂的“取证”类型的验证通常需要将有问题的产品运送到认证实验室进行分析和验证，这意味着这种方法不能用于实时、现场分析和决策。
为了克服全息图的局限性并提高安全等级，同时保留在现场(例如在海关检查，零售店，餐厅)验证真实性的能力，某些产品(包括药物、诸如酒精饮料和可能的烟草、高价香水以及化妆品的高价产品)的制造商，求助于将RFID标签与读取器设备相结合的无线解决方案。一个特别方便的实现将NFC(13.56MHz高频[HF]RFID)标签与具有NFC功能的智能手机结合了起来，这得益于具有NFC功能的智能手机的广泛使用(截至2014年有5亿在使用，并且自2014年和2015年起将有10亿部在全球销售)。在这种实现中，NFC标签以这样的方式放置，即打开受保护产品可以破坏NFC标签，其通常通过某种方式来破坏天线(例如，使用螺丝锥刺破天线或者在打开有螺旋盖的容器的动作中扭转并破坏天线)。这意味着在受保护的商品被打开之后，不能使用云服务基于NFC标签的ID证明受保护商品为正品。
本“背景技术”部分仅用于提供背景信息。本“背景技术”部分中的陈述不是对本“背景技术”部分中公开的主题构成本公开的现有技术的承认，且本“背景技术”部分中的任何部分都不应视为承认本申请的任何部分(包括本“背景技术”部分)构成本公开的现有技术。
发明内容
本发明涉及近场通信(NFC)和射频(RF和/或RFID)标签和设备，及其制造和使用的方法，该标签和设备具有用于检测或感测所述容器(例如，打开的、毁坏或其他方面损坏的容器)的外部环境中的一种或多种内容的存在并在所述容器被打开之后仍保持所述标签和设备无线通信能力的基于传感器的机构。例如，用于检测包装是否封闭或打开的所述机构不是通过撕开所述包装或折断所述天线来确定，而是通过(化学)传感器来确定。尤其是，引线的一部分或者引线中的空隙填充有一种材料，该材料的电导率基于与所述包装中的产品的给定物质或化学品的接触而变大或变小，可以被用来形成一种传感器，其能够通过确定所述容器或包装中存在的一种或多种内容的阈值量或者浓度来感测或检测NFC标签所附着的包装是否已经被打开。在NFC基于传感器的检测中，所述引线的连续性(或非连续性)能够从传感器触发的连接来确定，该连接独立于所述标签的所述天线和集成电路部分。在本发明中，所述NFC阅读器和IC能够通过天线随时通信，其独立于所述引线的(基于化学的)连续性。因此，对紧邻所述容器的外部环境中的一种或多种预期会进入所述容器中的内容(例如，化学品、物质或材料)的检测能够表明容器的打开或损坏(例如，破坏或破裂)。
一方面，本发明涉及无线(例如近场或RF)通信设备，包括接收器和/或发射器、在其上具有天线的基板、集成电路、以及一个或多个连续性传感器。所述天线接收和/或发送或广播无线信号。所述集成电路处理(i)所述无线信号和/或由该处理而得的信息，和/或(ii)生成所述无线信号和/或用于该生成的信息。所述集成电路具有电连接到所述天线的第一组端子。所述连续性传感器位于与所述天线共同或者不同的基板之上。所述连续性传感器感测或确定包装或容器中的一种材料(例如，一种化学品或物质)的存在，所述通信设备放置在或者固定或粘附在所述包装或者容器上。因此，所述连续性传感器感测或确定所述包装或容器的连续性状态。所述连续性传感器电连接到所述集成电路的第二组端子，其不同于第一组端子。
在一些实施例中，所述连续性传感器包括引线，该引线的一部分中包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。例如，所述连续性传感器可以包括(i)与高数字逻辑状态对应的电压(或者提供此种电压的电压源)，其电耦合至所述连续性传感器中至少一者的端部，以及(ii)下拉电路，其在所述至少一个连续性传感器的电导率或电阻率发生变化并指示与所述包装或容器中的化学品或物质接触时，驱动所述至少一个连续性传感器的输出节点为逻辑低状态。
在另一些实施例中，所述连续性传感器包括具有栅极或基极的晶体管，该栅极或基极包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。例如，所述连续性传感器可以包括(i)与高数字逻辑状态对应的电压(或者提供此种电压的电压源)，其电耦合至所述晶体管的第一源极/漏极或者集电极/发射极端子，以及(ii)电耦合至所述晶体管的第二源极/漏极或者集电极/发射极端子的下拉电路，其配置用于在所述所述栅极或基极的电导率或电阻率发生变化并指示与所述包装或容器中的化学品或物质接触时，驱动所述至少一个连续性传感器的输出节点为逻辑低状态。在一些实例中，所述下拉电路包括电阻或布线电阻晶体管，其在一个端子处连接到所述连续性传感器的输出端，并在相对的端子处连接到接地电压。
在一些实施例中，所述集成电路进一步包括第二传感器，一个或多个冗余连续性传感器，接收所述连续性传感器的输出的阈值比较器，和/或存储器。所述第二传感器可以包括温度传感器，湿度传感器，电磁场传感器，电流、电压和/或功率传感器，光传感器，或者第二化学和/或连续性传感器，并且可以在不同于所述第一和第二组端子的第三组端子处电连接至所述集成电路。存储器包括一个或多个位，其配置用于存储与所述容器或包装的连续性状态和/或所述阈值比较器的输出相关的值。可选地或额外地，所述存储器可以包括配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。
在各种实施例中，集成电路包括一个或多个印刷层(例如，多个印刷层)和/或一个或多个薄膜(例如，多个薄膜)。例如，所述集成电路可以包括一个或多个薄膜和一个或多个印刷层。或者，所述集成电路可以是或者包括全部为印刷的集成电路。在一些实例中，所述天线由单一的金属层组成。
所述无线通信设备可以是或者包括近场和/或射频通信设备，并且可以包括发射器，接收器，或者二者。当所述无线通信设备包括发射器时，该发射器可以包括调制器。当所述无线通信设备包括接收器时，该接收器可以包括解调器。
在各种实施例中，所述基板包括玻璃、陶瓷、绝缘体和/或塑料的板、盘和/或片。或者，所述基板可以包括其上具有扩散阻挡层的柔性金属箔并且所述扩散阻挡层上具有氧化层或其他电绝缘体。
本发明还涉及一种包装或容器和所述无线通信设备。所述包装或容器具有第一和第二可分离部件，其中(例如，在第一和第二可分离部件之间)具有接口，并且所述无线通信设备位于所述第一和第二可分离部件中的一者上，靠近所述接口。例如，所述包装或容器的第一可分离部件可以包括箱、匣、瓶、盒、或罐，并且所述包装或容器的第二可分离部件可以包括帽、密封材料或盖，其对应于、粘附和/或配置用于匹配所述箱、匣、瓶、盒、或罐。或者，所述包装或容器的第一和第二可分离部件可以包括盒子上的第一和第二箱翻盖(例如，其可以使用封装或其他胶带来密封)，或者匣或箱以及对应的盖。所述包装或容器的第一和第二可分离部件也可以是翻盖和信封或其他薄的、相对扁平的运送容器的背部。所述集成电路，天线，和一个或多个传感器通常位于所述包装或容器的第一可分离部件上，尽管他们也可以位于所述包装或容器的第二可分离部件上。
通常，所述连续性传感器配置用于确定所述包装或容器中的化学品或物质的存在。当所述连续性传感器确定存在所述化学品或物质时所述包装或容器被认为是打开的，并且当所述连续性传感器没有确定存在所述化学品或物质时所述包装或容器被认为是封闭的。
另一方面，本发明涉及一种制造无线(例如近场或RF)通信设备的方法，包括在第一基板上形成天线；在共同或不同的基板上形成一个或多个连续性传感器(例如，如本文所描述的)；在与所述天线和连续性传感器中的至少一者共同的基板上，或者与每个所述天线和连续性传感器均不相同的基板上形成集成电路；并且电连接所述天线到所述集成电路的第一组端子，以及所述连续性传感器到所述集成电路的第二组端子。所述天线配置用于接收和/或发送或广播无线信号。在一些实施例中，所述无线通信设备包括近场和/或射频通信设备。
在进一步的实施例中，所述方法可以进一步包括在连续性传感器中形成引线。所述引线的一部分中可以包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。在其他实施例中，所述连续性传感器可以包括(i)与高数字逻辑状态对应的电压(或者提供此种电压的电压源)，其电耦合至所述连续性传感器中一者的端部，以及(ii)下拉电路，其在所述一个连续性传感器的电导率或电阻率发生变化并指示与所述包装或容器中的化学品或物质接触时，驱动所述一个连续性传感器的输出节点为逻辑低状态。
在替代性的实施例中，所述方法可以进一步包括在连续性传感器中形成晶体管。所述晶体管可以具有栅极或基极，其包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。所述连续性传感器可以包括(i)与高数字逻辑状态对应的电压(或者提供此种电压的电压源)，其电耦合至所述晶体管的第一源极/漏极或者集电极/发射极端子，以及(ii)电耦合至所述晶体管的第二源极/漏极或者集电极/发射极端子的下拉电路，其配置用于在所述所述栅极或基极的电导率或电阻率发生变化并指示与所述包装或容器中的化学品或物质接触时，驱动所述至少一个连续性传感器的输出节点为逻辑低状态。在一些实施例中，所述下拉电路包括电阻或布线电阻晶体管，其在一个端子处连接到所述连续性传感器的输出端，并在相对的端子处连接到接地电压。
所述方法在一些情况下进一步包括形成一个或多个冗余连续性传感器。在一些实施例中，所述冗余连续性传感器可以形成在与所述连续性传感器相同的基板上(并且位于相同的基板的相同边或表面)。
在各种进一步或替代性的实施例中，形成所述集成电路可以包括印刷所述集成电路的一层或多层。例如，所述方法可以包括印刷所述集成电路的多层。替代性地或额外地，形成所述集成电路可以包括通过一种或多种薄膜处理技术形成所述集成电路的多层。在一些实施例中，形成所述集成电路可以包括通过一种或多种薄膜处理技术来形成所述集成电路的多个层，并且印刷所述集成电路的一个或多个附加层。
在一些实施例中，形成所述天线包括在所述第一基板上形成单一的金属层，并蚀刻所述单一的金属层以形成所述天线。或者，形成所述天线可以包括在所述第一基板上将金属油墨印刷成与所述天线相应的图案。
在进一步的实施例中，所述无线通信设备进一步包括额外的传感器,并且所述方法进一步包括电连接所述额外的传感器至所述集成电路上的第三组端子,其不同于所述第一和第二组端子。替代性地或额外地，所述集成电路可以进一步包括接收所述连续性传感器之一的输出的阈值比较器,并且所述方法进一步包括形成所述阈值比较器(例如，通过印刷和/或薄膜处理，如本文所描述的)。
在各种实施例中，所述集成电路进一步包括存储器，其包括一个或多个位，配置用于存储与所述包装或容器的连续性状态相关的值，并且所述方法可以进一步包括形成所述存储器(例如，通过印刷和/或薄膜处理，如本文所描述的)。在一些实例中，所述存储器进一步包括配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。例如，所述存储器可以通过印刷所述存储器的至少一层来形成，该存储器包括配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。
更进一步地，本发明涉及检测包装或容器打开或受损的方法，包括将包括天线、一个或多个连续性传感器、以及集成电路的无线通信设备放置在所述包装或容器上，使得连续性传感器足够靠近所述包装或容器的第一和第二可分离部件之间的接口以便当所述包装或容器被打开时探测所述包装或容器中的物质或化学品。所述集成电路电连接至所述天线和连续性传感器中的每一个。所述方法进一步包括使用所述集成电路来确定所述物质或化学品是否出现在所述包装或容器外面。在一些实施例中，所述无线通信设备包括近场和/或射频通信设备。通常，所述连续性传感器包括引线，该引线的一部分中包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。
在一些探测被打开或损坏的包装或容器的方法的实施例中，所述连续性传感器包括(i)与高数字逻辑状态对应的电压(或者提供此种电压的电压源)，其电耦合至所述连续性传感器中一者的端部，以及(ii)下拉电路，其在所述一个连续性传感器的电导率或电阻率发生变化并指示与所述包装或容器中的化学品或物质接触时，驱动所述一个连续性传感器的输出节点为逻辑低状态。在一各实例中，所述连续性传感器包括具有栅极或基极的晶体管，该栅极或基极包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。或者，所述连续性传感器可以包括(i)与高数字逻辑状态对应的电压(或者提供此种电压的电压源)，其电耦合至所述晶体管的第一源极/漏极或者集电极/发射极端子，以及(ii)电耦合至所述晶体管的第二源极/漏极或者集电极/发射极端子的下拉电路，其配置用于在所述所述栅极或基极的电导率或电阻率发生变化并指示与所述包装或容器中的化学品或物质接触时，驱动所述至少一个连续性传感器的输出节点为逻辑低状态。在一些实施例中，所述下拉电路包括电阻或布线电阻晶体管，其在一个端子处连接到所述连续性传感器的输出端，并在相对的端子处连接到接地电压。
在一些探测被打开或损坏的包装或容器的方法的实施例中，所述无线通信设备进一步包括一个或多个冗余连续性传感器。替代性的或者额外的，所述集成电路可以进一步包括(例如，从不同于所述第一和第二组端子的第三组端子)电连接至所述集成电路的额外传感器。
在各种实施例中，所述集成电路可以包括一个或多个印刷层和/或多个薄膜。在一个实例中，所述天线由单个金属层组成，并且所述集成电路可以被放置在天线上，使得所述天线的至少两端电连接至所述集成电路。
作为本发明的另一方面，在一些实施例中，所述集成电路进一步包括用于接收连续性传感器的输出的阈值比较器。替代性地或者额外地，所述集成电路可以进一步包括存储器，该存储器包括配置用于存储与所述容器或包装的连续性状态相关的值的一个或多个位和/或配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。所述存储器可以包括至少一个层，其配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码。
在一些探测被打开或损坏的包装或容器的方法中，所述包装或容器的连续性状态在连续性传感器确定所述包装或容器中存在化学品或物质时可以是“打开的”。并且或者替代性的，当所述连续性传感器没有确定存在所述化学品或物质时所述包装或容器的连续性状态是“关闭的”或者“封闭的”。
因此，本发明可以可以扩展近场通信和RF标签及设备的应用和功能。该新型标签和设备使得能够探测被打开或损坏的包装或密封产品，并在所述容器或包装被打开之后继续使用所述标签和设备来传递关于所述容器或包装中的产品的信息。本发明的这些以及其他优势将通过下文对各种实施例的详细描述而变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的示例性NFC/RF标签，其具有示例性的用于检测承载标签的容器是否已经被打开或损坏的连续性传感器电路。
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的NFC/RF标签，其具有另一种示例性的用于检测承载标签的容器是否已经被打开或损坏的连续性传感器电路。
图3示出了用于本NFC/RF标签的示例性集成电路。
图4示出了另一种适用于本NFC/RF标签的示例性集成电路和传感器。
图5示出了进一步的具有多个传感器的另一种无线标签，适用于在本发明中使用。
图6示出了示例性的本发明的设备和方法可以其中应用的通信网络。
具体实施方式
下文将对本发明的各个实施例进行详细介绍，其示例将通过附图举例阐明。虽然本发明将结合下文的实施例进行描述，应当理解的是，这些说明并不是为了将本发明限制在这些实施例中。相反，本发明旨在涵盖那些可能包括在本发明的主旨和范围内的替换、修改和等同物。而且，在下文的详细说明中，对许多具体细节进行了阐明以便于对本发明的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不采用这些具体细节来实施。在其他实例中，没有详细描述众所周知的方法、程序、部件、和材料以免本发明的相关方面被不必要地掩盖。
本发明的实施例的技术方案将结合下文的实施例的附图进行全面和清楚地描述。应当理解的是，这些描述并不是为了将本发明限制在这些实施例中。基于本发明已描述的实施例，本领域的技术人员能够在不做出创造性贡献的情况下获得其他实施例，而这些都在本发明所获取的法律保护范围之内。
而且，本文公开的所有的特征、措施或处理(除非特征和/或处理相互排斥)能够以任意方式结合并结合成任何可能的组合。除非另有说明，本说明书、权利要求书、摘要、和附图中公开的特征能够被其他等效特征或具有相似目标、目的和/或功能的特征替代。
本发明解决了传统方案中NFC标签不能在受保护的产品被打开之后读取。本发明允许在受保护的产品被(1)打开该之前(例如，为了核实其是没有被打开的)或者(2)打开该产品之后读取该标签。当该产品被探测到已经被打开了时，在打开该产品之后读取标签可以触发不同的NFC用户体验。产品制造者、分销商、经销商、以及消费者都可以因在打开之后读取标签的能力而受益，例如，获取产品召回通知、读取产品说明书和营销信息、方便地联系支持或维保服务、重购该产品、或者订购相关消耗品或配件。
本发明可以使用ROM位(通常作为唯一ID)和一个或多个传感器位的结合，并且考虑了感测化学传感器的状态和/或由该化学传感器促成或破坏的电气连接来作为容器的状态和/或条形码的形态。当被具有NFC功能的智能手机或其他读取设备读取时，分配给传感器数据的NFC和/或RFID标签的存储器位将指示所述包装是否完整或损坏。
示例性无线(例如，NFC和/或RF)设备
图1示出了根据本发明的一种示例性近场通信(NFC)和/或RF设备100(例如，NFC标签)。所述设备通常包括基板(未示出)、集成电路(IC)110、与所述IC通信的天线120、以及分别与所述IC 110通信的一个或多个传感器130。可选地，所述NFC设备100还可以具有分别与所述IC 110通信的一个或多个冗余传感器。此结构和/或设备架构也适用于射频(RF)设备，例如RFID标签、诸如卷式读取器的高频(HF)设备、甚高频(VHF)设备、超高频(UHF)设备等。
图3示出了适合用作图1中IC 110的示例性IC 200，其可以包括一个或多个传感器210、从所述传感器210接收信息(例如，信号)的阈值比较器220、接收所述阈值比较器220的输出的脉冲驱动器240、存储来自所述脉冲驱动器240的传感器数据的存储器260、用于从所述存储器260读取数据的一条或多条位线(BL)272、用于将所述位线上的信号转换为数字信号的一个或多个检测放大器(SA)274、用于临时存储来自所述检测放大器274的数据的一个或多个锁存器276、以及配置用于输出来自所述设备(例如，图1的无线通信设备100)的数据(包括识别码)的发射器(例如，调制器)290。图3中的所述示例性IC 200还包括配置用于提供控制所述IC 200中的特定操作的计时的计时信号(例如，CLK)的时钟电路250，以及控制存储器读取操作的计时的存储器时序控制模块或电路270。所述调制器290也从所述时钟电路270接收所述计时信号(CLK)，或者该计时信号的减速或加速变化。所述示例性IC 200还包括电源模块或电路280，其提供直流信号(例如，VCC)给不同电路和/或所述IC 200中的电路模块。所述存储器260还可以包含识别码。所述存储器260包含识别码的部分可以被印刷。所述IC 200可以进一步包含接收器(例如，解调器)、一个或多个整流器(例如，整流二极管、一个或多个半桥或全桥整流器等)、一个或多个调谐或储能电容、等等。所述调制器290和电源280中的端子连接到所述天线的端部(例如，在线圈Coil1和线圈Coil2处)。
图1所示的连续性传感器130包括传感器材料132和漏电电路134。如图1所示，可以简单地将传感器132连接至传感器模块130中与高数字逻辑状态(例如，上部电轨[VCC]或其他连接至高电压的电路元件)相应的电压，而且连接至(弱的)下拉或漏电电路134，其在传感器材料132没有将高电压电连接至IC 110时，驱动连接于IC 110的输入端135为逻辑低状态。所述下拉或漏电电路134可以是在相对的端子处连接到接地电压的电阻或电阻布线晶体管。在此种设计中，必然没有存储器位，并且可选地没有阈值比较器。然而，存储器260和阈值比较器220(图3)可以用于包括额外传感器，识别码等的实施例。
如图1所示，本标签中的传感器132可以是或表示为引线中的空隙，其充满一种材料，该材料的电导率基于与所述包装或容器中的给定元素或物质的接触而变大或变小。类似的技术被用于特定的无线标签上以使能或去使能天线，但其结果是一种总是无法读取的状态(例如，当天线去使能时)。将传感器材料(例如，图2中的136)移至引线允许两种或更多中有效状态。在一些实施例中，晶体管(例如，在一个源极/漏极或发射极/集电极端子接收传感器输出并在栅极或基极接收“传感器使能”信号，或者其可被二极管连接并在源极/漏极或发射极/集电极端子与栅极或基极二者处接收接收传感器信号)可以调制从传感器至IC 110的信号。
传感器材料136在此种情况下可以是电解质(例如，干凝胶电解质，其电导率在与水或水蒸气接触时增大，水或水蒸气被电解质吸收)。用于“接触”状态的阈值可以通过试验来确定(例如，使用引线的大小、电导率的变化是与化学品接触度的函数的材料的比例、流过漏电电路134的电流等)。在一些实施例中，传感器材料136的电导率相对于特定的气体或化学品(诸如水、CO等)的变化是非线性的。NFC或其他无线标记中/上的传感器材料136必须暴露在外部环境来确定物品相对于环境化学品的“接触/非接触”状态。当环境化学品是一种也包含在密封的物品中的化学品时，并且在该化学品的浓度大于其在所述物品周围环境中能够自然发现的浓度时传感器材料136的电导率改变，可以断定传感器材料136的电导率的变化是由于打开所述物品或者其他方式破坏密封所导致的。
如图2所示，诸如晶体管138的非线性元件也能够被用在传感器132中以便控制或影响输入至IC 110的信号的值，晶体管中的诸如电导率的材料参数取决于至少一种环境条件(例如，湿度、温度、一种化学品[例如，气体或液体]的存在或缺乏)。在各种实例中，传感器132可以包括非线性晶体管，其电压阈值或电导率随(例如，其栅极材料中的)所述化学品的吸收而变化；化学传感器，其电阻随该化学品的吸收而变化；基于传感器的薄膜或微机电系统(MEMS)等。
一种阈值电压或电导率随该化学品的吸收而变化的非线性晶体管的实例是，其在栅极中具有电解质从而在将干燥条件与潮湿条件相比较时导致大幅信号摆动。当栅极包括此种电解质时，大部分或大体上全部场在电解质上(其在干燥条件下起绝缘体的作用)，并且因此包括栅极中的此种电解质的n型TFT处于“截止”状态，即使当与“导通”状态相应的电压施加在栅极时。在潮湿条件下，电解质导电，场在栅极上是非传导性的，并且n型TFT由于施加的“导通”电压而导通。在一个实例中，干锂聚合物电解质(例如，适合用于电池应用)可以被印刷(例如，使用卷对卷[R2R]使能印刷发)作为此种晶体管的栅极。传感器132或者传感器材料136可以被置于靠近包含液体(例如，水)的容器的所述盖、栓、塞或其他密封体，并且在密封体被损坏后，电解质将吸收该液体(例如，水或水蒸气)。在一个实施例中，容器的打开可以被设计为漏出或导出少量的所述液体(例如，足以改变电解质的电导状态的量)至传感器132或传感器材料136。当传感器132或传感器材料136吸收了足够的液体来改变其电导状态或值(例如，其电阻率)时，晶体管138将会导通(或者至少开始导通)，并且从传感器132输出的状态或值将会改变。栅极的成分、形状和大小可以被优化以用于晶体管中的导通/截至转换。在替代性的实施例中,锂可以被锌离子替换,和/或电解质可以是另一种适合用于电池应用的电解质(参加，例如，公布于2012年3月22日的WO2012037171和/或公布号为20130280579的美国专利申请，其相关部分通过引用并入本文)。
另一种阈值电压或电导率随着化学品的吸收而改变的晶体管的实例是ISFET(离子选择场效应电晶体)。电阻随着化学品的吸收而改变的化学传感器的实例包括纳米线、碳纳米管、以及水凝胶和/或干凝胶，其具有水蒸气敏感性和/或包含分析物敏感的荧光团或电泳(例如，对酒精敏感的荧光团)的物理基质。电阻或电导率随着化学品的吸收而改变的化学传感器的更具体实例包括：
·溶胶-凝胶膜中分析物敏感的荧光团；
·电阻式气体传感器和化学电阻器；
·半导体和场效应设备(FED)，诸如FED粒子半导体，FED其他半导体，和肖特基二极管，其电导状态随着气体超过阈值浓度而改变并且其可以包括一个或多个半导体；
·纳米材料，诸如金属的，碳的，聚合物(例如，干锂)和无机纳米纤维；和磁性或半导体纳米材料。
在本发明中尤其有用的电解质包括聚合物电解质(例如，含有溶解在溶剂化聚合物基质中的盐的电解质)。聚氧化乙烯(PEO)是一种良好的导体，尤其是用于质子和其他小的正离子，并且由于此原因经常用在聚合物电解质中。该聚合物能够传导或运输离子但不是其本身是导电的，因此盐形态的离子(例如，高氯酸锂，LiClO4)通常增多。然而，一些电解质材料可以是吸湿性的(例如，PEO)，因此被吸湿性电解质材料所吸收的来自周围环境的水可以被离解(例如，变为H3O+和OH-离子)并有助于(离子)的电导率。被吸收的水也可以对聚合物电解质的离子迁移率有影响，并且因此影响离子电导率。
其他适合用于本发明的电解质包括聚合电解质。聚合电解质是重复单元中具有离子团的聚合物或伪聚合物材料，这意味着离子中的一个结合到了聚合物链(例如，是固定的)并且反荷离子是自由移动的(例如，是运动的)。聚合电解质包括聚阳离子和聚阴离子，其中可移动的离子分别是阴离子(-)或阳离子(+)。这些类型的材料通常是吸湿性的。通常，其需要使得移动离子能够移动的水或另一种溶剂来离解。因此，它们是用于湿度或水感测应用的良好备选项。
当聚合物电解质是干的时，它们包含很少的移动离子(其也具有很低的迁移率性)。所述材料的(离子的)电阻相对较高。当含水量增加时，更多的离子变得可移动，并且这些离子的迁移率通常也增大。换言之，离子的电导率增加。另一方面，聚合物电解质在它们是干的时通常是导电的。然而，移动载荷子(离子)的数量和离子的迁移率潜在地随含水量的增加而增加，因此也基于水的吸收而使得离子电导率增加。离子电导率的变换可以被通过不同的方式利用，如下文所述：
具有阻挡电极的电容器：
聚合电解质可以被用作电容器结构中的绝缘层，夹在两个阻挡电极之间，配置用于防止发生电化学反应(例如，法拉第反应是可以忽略的或不可能的)。当是干的时，聚合电解质会表现为普通的无离子电介质，其具有与层的厚度成比例的电容量。因此，施加在电解质之间的电势会在电解质层之内产生一个(或大或小)均匀电场。然而，但是湿的时，离子与电极中的补偿电荷一起重新分配并且在聚合物电解质-电极接口处形成双电层。所施加电势的大部分将会在接口处下降并穿过那些相对较薄的双电层。因此，电容会非常高并几乎不受厚度约束。电容的变化能够高至数个数量级。电解质层的离子电导率具有影响当施加或者改变穿过设备两端的电压后电容多快能被充电的作用。离子电导率越高，电容越快变成已被(完全地)充电的。在向设备两端施加电压后电解质立即表现为普通的电介质。即电极上的电荷改变，并且在电极之内感应产生电场。电场然后导致离子的重新分配并通过在电解质-电极接口处形成双电层最终进一步使电极充电。在此离子弛缓发生之后，电场强度在接口处较高，但是在电中性电解质块中相对较小。因此，电容的表现取决于所施加电压的频率。在高频时电容表现为具有低电容量的电介质电容，并在低频率时表现为具有高电容量的电解质电容。电解质的离子电导率决定了频率范围，这两种状态之间的转换在该范围发生。电解质中的含水量能够因此影响电容的频率响应。
具有电化学活性电极的电容器：
在相对两侧具有电极的电容结构中被用作绝缘层且能够与电解质(其可以是，例如离解的水)中的离子发生电化学反应的聚合电解质会导致设备表现的稍有不同。当电解质是干的时，设备基本上会表现为具有非常高直流电阻的普通电容。当电解质是湿的时或者已经吸收了足够多的水(液态或者气态的)，所形成的双电层增大电解质层的电容，而电极接口处的电化学反应减少电解质层的直流电阻。此种设备能够被用作湿敏电阻器。
晶体管中的栅极绝缘体：
聚合电解质也能够用作场效应晶体管或电化学晶体管中的栅极绝缘体材料。栅极绝缘体的电容根据聚合电解质中的含水量而变化，这(在给定电压下)对漏极电流具有显著影响。优选地，晶体管具有适合此种配置的阈值电压以便工作。此种设备也能够被用作可变电阻器。正如电解质电容那样，电解质中的水含量能够对晶体管的频率响应产生影响。
聚阴离子聚合电解质，比如聚苯乙烯磺酸(PSSA/PSSH/PSS),聚丙烯酸(PAA)，聚乙烯基膦酸(PVPA)，及其共聚物能够用于有机薄膜晶体管(OTFT)中以获得良好的效果。即使在较低的相对湿度条件下，此种聚合电解质也具有足够的吸湿性，使得其能够保持足够的水来使离子电导率(或电容量)保持在较高水平。然而，在特定的情况下，聚合电解质会变干，从而减小离子电导率。例如，试验显示将包括聚(乙烯基膦酸-丙烯酸)共聚物(P[VPA-AA])聚合电解质的OTFT置于干氮(与周围含有空气的环境相反)气流中，与周围含有空气的环境中的相同OTFT相比，漏极电流显著下降。
参见图3，所述NFC和/或RFID标签200中的存储器260可以包含固定的位数。在一些实施中，NFC和/或RFID标签200中的存储器260可以包含m*2n位，其中m是正整数，n是至少为3的整数(例如，24，32，48，64，128，256或更多位)。一些位被分配给开销(非有效载荷)数据，用于格式识别和数据完整性(CRC)校验。设备200的有效载荷消耗其余的位。例如，所述有效载荷能够高达(m-p)*2n位，其中p为小于m的正整数(例如，在m*2n＝128位的情况下为96位，并且在m*2n＝256位的情况下高达224位。
所述NFC和/或RFID标签200的有效载荷能够被分配到可变数量的固定ROM位(其通常但并不总是用作唯一识别号)。当在所述NFC和/或RFID标签200的制造中使用印刷方法时，所述ROM位是永久性编码的，并且不能被电修改。任何没有分配为固定ROM位的有效载荷位能够被分配为动态传感器位。基于检测输入，这些传感器位的值能够改变。ROM和传感器位之间的不同分段或分配是通过数据格式位指示的，该数据格式位是所述非有效载荷或者“开销”位的一部分，通常在所述NFC和/或RFID标签存储器260的前2n位(或者2n-q位，其中q是小于n的正整数，例如在m*2n＝128或256的情况下为16位)。
如何在所述NFC和/或RFID标签200和存储器260中实施感测的一个实例涉及一种化学传感器210，其在周围环境包括一种化学品(比如水，酒精等)时进行探测，该化学品位于密封包装中但是能够由于打开或拆开该密封包装而释放到周围环境中。根据此种情况，传感器210改变状态以反映该化学品的存在。所述ROM ID位不变，而数据完整性位(例如，用于CRC)可以被更新以反映所述传感器的状态。这向读取器(例如NFC智能手机等)表明，受保护的容器已经被打开或者被以其他方式损坏。
在本申请中，连续性检测通常是指检测或确定容器是否已经被打开或受损，或者保持在封闭状态(例如，其工厂密封状态)的能力和/或功能。在一个实施例中，连续性检测使用一个或多个传感器130来实施，如图1所示。如图1所举例说明的，NFC和/或RFID标签100可以具有三部分：IC 110，天线120，和传感器130。所述标签中包括IC 110和天线120的部分可以位于所述受保护的产品和/或包装/签条上的任何位置。传感器130位于受保护的产品和/或包装/标签上与IC 110和天线120相同的部分，但是传感器130通常相对更靠近包装或容器的密封处或开口处。
例如，在特定的药用产品中，盒，瓶或罐可以可以包含液态或蒸气形态的药品。所述标签中包括传感器132的部分从盒，瓶或罐上的IC 110向安全盖或密封装置延伸，从而处在一个位置以便在安全盖被移除或密封装置被损坏时感测所述液体或蒸汽的存在。当盖被移除时，传感器132探测周围环境中所述液体和蒸汽的存在，并且连续性传感器130和/或IC110感测或确定容器的打开状态。
在罩板包装中，单独的传感器可以从IC(其可以位于所述罩板包装中通常不会被打开的部分并且其中封闭单个隔室的箔或塑料膜通常不易被移除)向各个隔室中的每一个延伸，使得传感器和IC能够确定哪个隔室被打开了(并且，在一些实施例中，是当每个分离的隔室被打开时)。在箱装产品中，包含NFC/RF标签的签条或带子可以被置于盖和底盘之间的接口附近，或者两个相合的翻盖之间的接口附近，并且翻盖被封住以关闭并密封该箱体，如此传感器是靠近该接口的。箱子的打开使得其中的化学品与传感器接触，并且可以探测该容器的不同的连续性状态。类似的方法和/或技术能够被应用于许多不同类型的产品容器(例如，用于珠宝、手表等的铰链式带盖盒、酒瓶、烟盒、诸如能够通过拉动绳子、细丝或其他耐用条状材料等而打开的连夜快递信封)。
本NFC/RF标签可以包括一个或多个附加的和/或冗余传感器(例如，除了所述连续性传感器之外)。所述冗余传感器能够与所述连续性传感器一起用于“和”类型的功能(例如，仅当所述传感器和冗余传感器的状态都改变时，所述IC和传感器检测到所述容器被打开)，或者与所述传感器一起用于“或”类型的功能(例如，当所述传感器和冗余传感器中任一者的状态改变时，所述IC和传感器检测到所述容器被打开)。或者，当所述传感器和冗余传感器中的一个或者多个的状态改变并且传感器和冗余传感器中的一个或者多个的状态不改变时，传感器和冗余传感器能够提供一种或多种“部分被打开”的连续性状态。本领域的技术人员可能轻易地获得用于此种功能和/或能力的逻辑和应用，并且冗余传感器和/或(当附加传感器是或者包含用于感测与连续性传感器所感测的化学品不同的化学品的湿度传感器，温度传感器，电磁场传感器，或者化学传感器时)附加传感器能够以与连续性传感器相同的方法和/或通用结构来制造。
当然，本NFC/RF标签中的所述IC 110除了所述连续性传感器130之外可以包括一个或多个传感器。例如，IC 110可以进一步包括一个或多个温度传感器、湿度传感器(例如，以便独立于连续性传感器来测试包装环境的湿度水平)、电磁场传感器、电流/电压/功率传感器、光传感器、或其他化学传感器(例如，用于氧气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫和/或三氧化硫、臭氧、一种或多种毒素等)。本IC 110还可以包括一个或多个时间传感器(例如，配置用于计算或确定经过的时间)，包括图3中的时钟电路250(其可以作为实时时钟的基础)和一个或多个本领域已知的计数器、除法器等。来自任何外部检测机构的引线应当在端子处连接到IC 110，这些端子与用于天线120和连续性传感器130的不同。此种传感器通常位于所述包装或容器上与所述天线120和IC 110相同的部分。
在本解决方案中，该NFC特征(例如，无线读取功能)总是可用的，不论整合了该NFC标签的产品是否为未打开或已打开的状态。这与传统实现形成对比，传统实现中在容器被打开之后天线被永久性地损坏，并且标签因此不可读。在此新实现中，因为天线是完整的，并且连续性传感器基于打开受保护的产品而改变状态，NFC数据不仅将会向读取器(智能手机、USB读取器等)表明该NFC和/或RFID标签的唯一ID号(其能够用于从移动营销、客户忠诚度、和折扣/交叉供应信息到供应链跟踪、用于政府的税务跟踪、并提供特定制造信息，比如批量编号、制造日期的等)，而且还表明受保护的产品是否为工厂封装/未打开的(并因此包含正品)或者已经被打开或受损(并且，如果是以该状态递送给消费者则因此其内容是可疑的)。因此，在一些实施例中，将天线(可选地，和IC)设置在离所述容器的两部分之间的接口足够远的位置是有益的，其能减少或最小化由于打开该容器而非故意地损坏天线(可选地，和IC)的风险。
通过(增加的读取所述容器是否被打开的特征)在打开之前和打开之后均保持读取所述标签的能力，使得该产品被打开之后继续与使用者进行基于NFC的交互成为可能。例如，药品、化妆品、特定的酒精饮料、以及甚至是类似橄榄油的食品被打开后能够使用数天、数周、数月、或数年。通过在该时间内保持所述NFC和/或RFID标签的功能，消费者能够与制造者就承载所述NFC标签的特定产品进行沟通。
读取NFC和/或RFID的应用通常连接到收集关于读取的ID的信息的云服务器。这是为了记录用于分析的数据并为了提供正确的体验和/或提供准确信息给消费者的智能手机或其他具备NFC和/或RF功能的设备。当表明“打开”状态的所述ID被所述云系统第一次读取并处理后，如果该ID在“关闭”状态中被再次读取，将会自动触发警报(并可能触发调查)。其有助于确保整个系统的完整性。此功能和/或应用在传统方法中是不可能的，其NFC和/或RF天线在容器被打开之后是损坏的。
此外，因为所述NFC和/或RFID标签的数据的状态会根据打开受保护的产品而改变，在打开之后当用户与附有NFC和/或RFID标签的受保护产品或包装进行交互时，NFC和/或RF设备(例如读取器)和/或云系统能够识别状态中的此种改变并提供有差别的体验。例如，密封的产品可能触发与该产品的估价和购买相关的消费者和/或用户体验(例如，在零售环境中)，然而打开的产品可能触发关于如何恰当地使用该产品的信息(例如，针对食品提供食谱、针对医药产品提供失效日期和/或特别说明等)和/或立即订购相关产品或再次订购相同产品等。
在一种使用了更加复杂的实现的应用中，改变连续性(保护)检测线的状态会导致NFC数据的许多或全部位的改变。这可以通过可预测的方式完成，例如移位、异或XOR或其他已知函数，或者其可以通过不可预测的方式完成(例如，将随机ID全部替换为完全不同的随机“打开”ID，其仅在私有云数据库中与“关闭”ID相关联，该私有云数据库由品牌所有者维护且不能被公众访问)。这些功能使得该标签更加难以复制。当然，所述NFC和/或RFID标签数据流的CRC完整性应当保持。
此种实现的一个安全性特别高的版本涉及一对完全随机的ID，一个表示“打开”且一个表示“关闭”，其关联仅存储在品牌所有者或保护系统的管理者所管理的数据库中。此系统尤为有价值，因为该“打开”值不能仅通过“关闭”值来确定，而该“关闭”值也不能仅通过“打开”值来确定。在打开之前和之后，当通过NFC手机和相关的应用读取时，所述不同的ID将会被云数据库解码，以便记录受保护的产品当前处在“打开”状态还是“关闭”状态。首先，这使得ID的复制变得非常困难，因为不能通过仅仅是按部就班地读取货架上的处于“关闭”状态的库存品来虚报一组有效的“打开”ID。需要记住的是，在扫描后，消费者将会收到一些关于该产品的有效性的信息。例如，现场有序列号为#0210的产品。关闭ID为ID-A，且打开ID为ID-B。如果云系统从该系统接收了ID-A，随后从相同的手机接收了ID-B，则可以推断相同的用户打开了商品#0210。然而，如果该系统在ID-B的读取之后接收了ID-A的读取，那么有什么地方出现了错误，因为这些ID仅分配给了商品#0210，并且在通过阻断传感器和将NFC和/或RFID标签转变为“打开”ID使该商品永久性地物理改变之后，不可能读取该“关闭”ID。这可能意味着该ID被复制了，并且能够(视情况)向使用者/品牌所有者/分销商/经销商报警并通过跟踪细节来隔绝伪造和其他供应链破坏。此种常规的欺诈检测原理类似于用于检测信用卡欺诈时所制定的规则(例如，一张卡在佛罗里达被读取，几分钟之后其又在伦敦被读取，如此就会触发警报)。
而且，使用两个完全随机的ID能够克服恶意者将ID触发为“打开”以便破坏该系统的情况。当“打开”ID不能轻易从“关闭”ID获取时，此情况变不可能发生。这在该系统中提供了另一层次的欺诈阻力。
为了额外层次的安全，NFC标签能够与防篡改粘合剂以及纸相结合。通过此方式，消费者、经销商、分销商或品牌代表将具有该标签是否已经被篡改的可视化指示。
所述天线120可是应刷的(例如，使用印刷的导体，比如但不限于来自银浆或墨的银)或者使用如蚀刻铝的传统方法制造的(例如，通过溅镀或蒸发位于诸如塑料膜或片的基板上的铝，通过低分辨率[例如，谱线宽度为10-1,000μm]的光刻法、以及湿法或干法蚀刻形成图案)。为了使天线圈连续性传感器130电气隔离，天线120可以在基板材料上与连续性传感器130相对的一侧形成。在保持与NFC读取器硬件的13.56MHz目标频率相兼容的同时，可以改变天线120的尺寸和形状以便匹配多个形状因子中的任一个。
本发明可以广泛用于所有RFID标签(不只是HF/NFC/13.56MHz标签)，包括工作频率高于或低于13.56MHz的RFID标签(例如，在高频[HF]范围[3-30kHz]，甚高频[VHF]范围[30-300kHz]，以及超高频[UHF]范围[300-3000kHz])，尤其是在RFID标签具有接受外部传感器输入并与其通信的能力或功能的情况下，当通过RFID读取器读取时，适用于读取这样的标签。
制造无线通信设备的示例性方法
本发明还涉及制造无线通信设备的方法，包括在第一基板上形成天线，在共同或不同的基板(例如，第一基板或者不相同的第二基板)上形成一个或多个连续性传感器，在基板上形成集成电路(IC)，并电连接(i)所述天线到所述IC的第一组端子以及(ii)所述连续性传感器到所述IC的第二组端子。所述IC基板可以与在其上形成天线和/或连续性传感器的基板相同(例如，所述第一基板或者，当出现时，所述第二基板)。或者，所述IC基板可以不同于在其上形成天线和/或连续性传感器的基板(例如，当所述天线和连续性传感器形成在相同的[例如第一]基板上时为第二基板，或者当所述天线和传感器形成在不同的基板上时为第三基板)。所述天线配置用于接收和/或发送或广播无线信号。
在各种实施例中，所述无线通信设备包括近场或射频通信设备。在一个实例中，所述设备为NFC设备，例如NFC标签。
制造无线通信设备的所述方法的一些实施例可以包括制造多个连续性传感器。附加地或可选地，如本文所描述的，所述方法可以进一步包括形成一个或多个连续性传感器。所述冗余连续性传感器可以形成在与所述连续性传感器相同的基板上。
在本制造无线通信设备的方法中，形成所述集成电路可以包括印刷所述集成电路的一层或多层。印刷提供了胜过光刻法形成图案工艺的优势，例如低设备成本、更高产量、减少浪费(并因此的更“绿色”的制造过程)等，这非常适合晶体管数量相对较少的近场、RF和HF标签。因此，在一些情况下，所述方法可以包括印刷所述集成电路的多层。印刷无线通信设备的各层(并在一个实例中的全部层)有助于将制造方法综合到现有的高速、高产量的制造工艺中，比如卷对卷工艺。
或者，所述方法可以通过一种处理来形成所述集成电路，该处理通过一种或多种薄膜处理技术形成所述集成电路的多层。薄膜处理也可以具有相对较低的购置成本，并且是一种相对成熟的技术，其能够在多种多样的可能基板上产生相当可靠的设备。在一些实施例中，最好两种方法都使用，并且所述方法可以通过一种或多种薄膜处理技术形成所述集成电路的一层或多层，而印刷所述集成电路的一或多个附加层。
在一些实施例中，形成所述天线包括在所述第一基板上形成单一的金属层，并蚀刻所述单一的金属层以形成所述天线。或者，形成所述天线可以包括在所述第一基板上将金属油墨印刷成与所述天线相应的图案。在一些相对有利的实施例中，天线由共同基板上的单个共同金属层组成，并且IC形成或制造为使得IC起到天线端子之间的纽带或桥的作用，并因此将天线的端子电连接至IC。从而允许使用由单一模式金属层组成的天线。
如本文所述，所述标签通常包括集成电路和连续性传感器。因此，电连接所述连续性传感器到所述集成电路IC包括电连接所述连续性传感器到所述IC上或中的一组端子。而且，所述集成电路可以进一步包括配置用于接收所述传感器的输出的阈值比较器、包括配置用于存储对应于所述容器或包装的连续性状态的值的一个或多个位的存储器、和/或本文公开的任何其他电路或电路模块。例如，所述存储器可以包括配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。在此情况下，形成所述存储器可以包括印刷所述存储器的至少一层，该存储器包括配置用于存储所述唯一识别码的多个位(例如，以便形成硬连线的ROM，类似于掩模ROM)。
具有一个或多个传感器的替代性无线通信设备
图4-5示出了无线通信设备300,400(例如NFC或RFID标签)，其具有一个或多个连续性传感器元件或传感器阵列，一个或多个传感器接口电路，以及耦合到一个或多个天线350，440以用于与无线读取器通信的集成电路。在一些实施例中，无线通信设备300,400可以进一步包括整合式显示器。
具有多个传感器元件(或传感器阵列)的传感器能够被用于探测多种化学物质，一种化学物质和一个或多个环境参数，比如温度，湿度或亮度(光)，或者作为用于相同化学物质探测的冗余传感器。定制的钝化层可以增强传感器的特异性。因此，多个传感器阵列可以包括相同传感器或不同类型传感器的多个复制品，以满足给定应用中的要求。
其性能根据对化学品的吸收而改变的附加化学传感器的实例可以包括具有物理基质的水凝胶和/或干凝胶，其包含一个或多个分析物敏感的荧光团或分散在其中的电泳(例如，酒精敏感的荧光团)。更具体地，此种化学传感器的实例包括溶胶-凝胶基质或膜中分析物敏感的荧光团和热化学传感器(其温度基于与分析物，或者与容器中的化学品或物质的反应而变化，其中温度变化由量热法测定)。
也可能需要用不同类型的金属特定种子层打印单个传感器元件的不同部分，然后在不同的种子层上镀上不同的金属(例如Pd，Au，Ag等)。例如，此方法为传感器元件的部分提供Pd电极/传感器元件并为部分提供Au或Ag电极/传感器元件，大体上在一种传感器元件中生成多用传感器阵列。这样也提供了独特的电流特征，例如，取决于化学物质与不同金属的反应或结合，以及传感器元件中不同金属的含量或关系。
如图4所示，传感器312与本机放大器314和/或其他模拟信号调理电路(例如温度补偿，漂移，偏移等)的集成能够通过改进，例如信噪比来提高传感器的性能，导致误判率下降。通过使用多传感器元件312和322，其如图4的校准模块中所示耦合至本机比较器328，每个连续性传感器310能够在板上被校准，而不必使用常规的批量校准方法。通过比较控制值或控制传感器元件324与实际读数，比较器328(其经由放大器326a-b从冗余传感器322和校准值或桥324接收输出)也能够被用作一种内建的到期机制以用于打了标签的包装中的产品。
连续性传感器接口电路(例如包括放大器314)与模拟数字转换器(ADC)332(如接口电路300的数字逻辑模块330中所示)的耦合，允许连续性传感器数据能够通过使用控制逻辑335，编码器336和调制器344并经由NFC或RF无线通信协议而传输。通过将NFC，RF/RFID功能集成到标签300上，任何基于NFC或RF信号的读取器或设备(例如启用NFC的智能/蜂窝电话或者平板电脑)能够被用于发送传感器结果给任何人。通过使用此种开启NFC或RF的设备300，可以使用无线互联网数据管理系统(无需额外的传感器读取器)。此外,板载ROM338可以(部分或全部地)被印刷和/或设置在IC中或上以提供唯一ID，从而防止可能的人为改写和/或样本ID错误，并提供防伪ID(参加，例如2006年10月6日提交的11/544,366号[代理人案卷号IDR0642]美国专利申请和8,758,982[代理人案卷号IDR0602]号美国专利，其相关部分通过引用并入本文)。
ADC 332可以是或者包括闪存ADC(或直接转换ADC)，其反过来包括线性或非线性电压阶梯，在电压阶梯的每一步或“梯级”具有比较器以便将来自放大器314的输入与连续的参考电压进行比较。无线通信设备300进一步包括整流器342和位于无线接口(例如RF或RFID)模块340中的时钟或计时电路346，所述整流器配置用于对通过或在天线350接收的无线信号进行整流并提供经过整流的信号至数字模块330中的电源模块或电路334，在一个实施例中，时钟/计时电路346包括时钟或时钟数据恢复电路。此种时钟或时钟数据恢复电路已被本领域的技术人员所知。
图5示出了一种示例性的多传感器标签400，包括传感器410、412和414，印刷在第三传感器414上或上方的集成电路430，以及天线或天线接线440a-b，其全部位于基板450上。第一和第二传感器410和412中的至少一者是所述连续性传感器。第二传感器412可以是冗余或附加传感器，且第三传感器414可以是附加传感器，如本文所描述的。当第一传感器410是连续性传感器时，其可以探测来自包装或瓶中的物质405的存在。如图5所示，物质405可以是葡萄酒或烈酒，并且当包含此种物质的瓶被打开时，少量(例如体积为0.1-50微升的微滴)被散布到设备400上(例如第一传感器410上或者将微滴提供到传感器410上的通道455)。传感器410、412和414提供输出信号至印刷集成电路430的探测协议部分420以用于由印刷集成电路430如本文所描述的那样进行处理。可选地，印刷集成电路430可以包括梳电极，其配置用于独立地从不同的传感器接收不同的输出。
可以预期,印刷显示(使用TFT技术，如7,687,327号、7,701,011号、7,767,520号和/或8,796,125号[代理人案卷号IDR0502，IDR0743，IDR0742和IDR0813]美国专利各自描述的，其相关部分通过引用并入本文)可以被集成到标签中，从而使得标签能够显示连续性传感器的结果而不需要传感器读取器。例如，印刷显示装置可以是电致变色显示。7,687,327号、7,701,011号、7,767,520号和/或8,796,125号美国专利所描述的TFT技术也能够被用于形成集成电路，整流器(例如，用于通过来自读取器的无线信号为标签供电)，和/或电路和/或连续性传感器中的引线。
将电路印刷在此种标签300、400上的优点是连续性传感器元件和天线能够在单一的步骤(或相同的一组步骤，如果印刷工艺包括多个步骤的话)中被同时印刷到相同的基板上。预计这将大大提高制造这种标签的效率。
使用无线通信设备检测打开或受损的包装或容器的示例性方法
本发明进一步涉及检测打开或受损的包装或容器的方法，包括：将包括天线、一个或多个连续性传感器、以及电连接到每个所述天线和所述连续性传感器的无线通信设备放置在所述包装或容器上，并使用所述连续性传感器和所述集成电路检测所述包装或容器的连续性状态。在各种实施例中，所述无线通信设备包括近场和/或射频通信设备，例如NFC标签。
如本文所描述的，所述包装或容器具有第一和第二可分离的部件，并且所述无线通信设备可以被放置在所述包装或容器上，使得至少一个连续性传感器靠近所述包装或容器的第一和第二可分离部件之间的接口。这最大化了连续性传感器将会基于包装或容器的打开，或者包装或容器被破坏或受损而探测到包装或容器内的至少一种化学成分的概率。因此，当所述包装或容器的第一和第二可分离部件之间的接口附近的传感器中的至少一个探测到已知在包装或容器内的化学品时，所述包装或容器的连续性状态可以为“打开的”。类似地，当所述传感器没有探测到已知在包装或容器内的化学品时(例如，水平或浓度高于其在包装或容器的环境的预期)，所述包装或容器的连续性状态可以为“关闭的”或“密封的”。
至于本发明的其他方面，所述无线通信设备可以包括多个所述连续性传感器和/或一个或多个冗余连续性传感器。在此实施例中，当连续性传感器中的一个探测到包装或容器内的至少一种化学成分时，当所有连续性传感器探测到包装或容器内的至少一种化学成分时，或者当连续性传感器中一个和全部之间任意数量的连续性传感器探测到包装或容器内的至少一种化学成分时，包装可以被认为是打开的。而且，在诸如罩板包装的多隔间包装中，所述多个连续性传感器中的每一个可以靠近所述包装的多个密封或密闭隔间中特定的一个。当所述无线通信设备包括一个或多个冗余连续性传感器时，所述冗余连续性传感器可以与所述连续性传感器位于相同的基板上。
如本文其他地方所描述的，所述集成电路可以包括一个或多个印刷层、多个薄膜、或者一个或多个薄膜和一个或多个印刷层。所述天线可以由单一金属层组成。
所述集成电路可以进一步包括用于接收所述连续性传感器的输出的阈值比较器、包括用于存储对应于所述容器或包装的所述连续性状态的值的一个或多个位的存储器、和/或本文公开的任何其他电路或电路模块。在一些实例中，所述存储器包括配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。在这些实例中，所述存储器可以包括至少一个印刷层，该层包括配置用于存储所述唯一识别码的多个位。
采用示例性无线标签的示例性通信系统
本发明可以进一步涉及一种示例性系统，其配置用于无线传送关于打开或为打开的包装或容器中的产品的信息，包括通过无线标签读取器(例如，诸如启用了NFC或RF的智能手机或平板电脑的设备)读取所述包装或容器上的标签，探测所述包装或容器的连续性状态(例如使用标签上的连续性传感器)，并在无线标签读取器上显示关于该商品的信息。在各种实施例中，所述标签为近场和/或射频通信设备，比如NFC标签，并包括天线，一个或多个连续性传感器，以及电连接至每个所述天线和连续性传感器的集成电路。当连续性传感器确定所述包装或容器是未打开的时，无线标签读取器显示第一组信息，并当连续性传感器确定所述包装或容器是打开的时，无线标签读取器显示不同于第一组信息的第二组信息。在两种情况下(例如，当连续性传感器确定所述包装或容器是打开的或未打开的时)，无线标签读取器可以显示附加信息(例如除了第一或第二组信息之外)，其可以是相同的，而不论所述包装或容器被确定为打开的或未打开的。
参见图6，其中具有连续性传感器的无线通信设备400可以被放置于任何环境中的包装或容器上，比如家中501，户外502，度假地点(例如海滩)503，办公室或其他商业场所504，旅行或运输地点(例如机场或飞机)505，娱乐场所(例如餐厅)506等。启用了NFC或RF的移动设备510读取无线通信设备400并在其他信息530之中显示传感器处理操作的结果。可选地，移动设备510可以显示关于所述包装或容器内的产品的信息以提供给移动设备510的用户核查，所述设备400附着或固定到所述包装或容器。此信息可以包括产品标识，数量(例如体积或重量)，价格，保质期，批号，制造者等。移动设备510也可以通过网络进行与家庭网络540、零售商542、药物或其他服务提供者(例如药店)544、和/或产品制造商546进行通信以获取附加信息530，比如产品使用建议、医疗保健信息和/或消息、来自数据库(其在一个实例中可以是单一访问数据库)的信息等。移动设备510也使得用户能够提供产品反馈给零售商542、服务提供者544和/或制造商546，并提通过网络500提供信息到数据库。
在一个实施例中，图6中的通信网络500为可公开访问的通信网络。在另一个实施例中，通信网络500为专用网络或者为公用和专用部分或域均具备的混合网络。在两种情况下，传感器网络结构包括一个或多个启用NFC和/或RF的且内部具有传感器的标签400，并且一个或多个无线传感器读取器510耦合至该通信网络。
无线标签读取器(例如图6中的移动电话510)经由无线(例如空中)接口与通信网络500通信。通信网络500也能够连接至因特网520，从而提供世界范围的接入。在本发明的另一方面中，无线标签读取器510能够将地理位置数据与连续性传感器数据和唯一ID数据一起结合到通信网络500中。仍然在本发明的另一方面中，唯一ID数据可以被用于验证标签真伪来防伪(参见，例如2006年10月6日提交的11/544,366号(代理人案卷号IDR0642)美国专利申请和8,758,982号[代理人案卷号IDR0602]美国专利，其相关部分通过引用并入本文)。
在网络500中使用的标签400结合了NFC和/或RFID功能和连续性传感器。标签400进一步包括一个或多个用于与无线传感器读取器510通信的天线(图6未示出)，一个或多个可选的附加传感器，RF和/或近场电源和通信接口，以及传感器接口电路。在一些实施例中，所有这些组件形成在相同的基板上。
根据通信网络500的各个方面，无线通信标签读取器510包括一个或多个天线，用户接口，显示装置，网络通信模块，以及RFID或近场通信读取器。网络通信模块配置用于提供与通信网络的通信。无线标签读取器实施在无线设备中，比如智能手机，平板电脑，汽车或其他车辆中的无线通讯设备，或者便携式电脑。
网络的部署配置用于传送关于产品的信息，该产品的包装具有在其上的所述NFC和/或RF标签，为了在较大地理区域的连续性，实时监控并探测包装的连续性，并获取关于产品内容和使用、产品过期和重新订购的信息，并且可能是相关产品或互补产品的。本发明使得能够在较大的地理区域进行多个传感器的大规模部署并利用现有的移动电话通信网络和互联网收集和交叉验证标识和/或安全数据，同时提供实时的产品和地理定位信息。
基于图示和说明的目的提供了前述的本发明具体实施方式的描述。其不是穷尽性的或意图将本发明限制在这些已公开的确切形式。所选择和描述的实施例是为了最好地解释本发明的原则及其实际应用。其应理解为本发明的范围由附于本文的权利要求及其等同物界定。

Claims (20)

1.一种无线通信设备，包括：
a)接收器和/或发射器；
b)在其上具有天线的基板，所述天线接收第一无线信号和/或发送或广播第二无线信号；
c)集成电路，配置用于(i)处理所述第一无线信号和/或由该处理而得的信息，和/或(ii)生成所述第二无线信号和/或用于该生成的信息，所述集成电路具有电连接到所述天线的第一组端子；以及
d)位于共同或者不同的基板上的一个或多个连续性传感器，所述连续性传感器包括(i)化学传感器，其配置用于检测或者确定包装或容器中材料的存在，所述通信设备放置在或者固定或粘附在所述包装或者容器上；
和(ii)将所述化学传感器电连接到所述集成电路的第二组端子的引线，
该第二组端子不同于所述第一组端子。
2.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述连续性传感器包括引线，该引线的一部分中包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。
3.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述连续性传感器包括晶体管，其栅极或基极包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。
4.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述集成电路进一步包括电连接到所述集成电路的第三组端子的第二传感器，该第三组端子不同于所述第一和第二组端子。
5.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述集成电路进一步包括存储器，其包括配置用于存储与所述容器或包装的连续性状态相关的值的一个或多个位。
6.根据权利要求5所述的无线通信设备，其中，所述存储器包括配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。
7.根据权利要求1所述的无线通信设备，进一步包括一个或多个冗余的连续性传感器。
8.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述基板包括玻璃、陶瓷、绝缘体和/或塑料的板、盘和/或片。
9.一种包装或容器，包括：
a)第一和第二可分离部件，二者之间具有接口；以及
b)根据权利要求1所述的无线通信设备，其位于所述包装或容器的所述第一和第二可分离部件中的一者之上，其中所述连续性传感器靠近所述接口。
10.根据权利要求9所述的包装或容器，其中，所述连续性传感器配置用于确定所述包装或容器中的化学品或物质的存在。
11.根据权利要求10所述的包装或容器，其中，当所述连续性传感器确定所述化学品或物质存在时所述包装或容器被认为是打开的，并且当所述连续性传感器没有确定所述化学品或物质存在时所述包装或容器被认为是封闭的。
12.一种制造无线通信设备的方法，包括：
a)在第一基板上形成天线，所述天线配置用于接收和/或发送或广播无线信号；
b)在共同或者不同的基板上形成一个或多个连续性传感器；
c)在基板上形成集成电路，所述基板是与所述天线和所述连续性传感器中的至少一者相同的基板，或者与所述天线和所述连续性传感器每个都不相同的基板；以及
d)电连接所述天线到所述集成电路的第一组端子，以及所述连续性传感器到所述集成电路的第二组端子。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在所述连续性传感器中形成引线，所述引线的一部分中包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述集成电路包括印刷所述集成电路的一个或多个层。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述集成电路包括通过一种或多种薄膜处理技术来形成所述集成电路的多个层，并且可选地，印刷所述集成电路的一个或多个附加层。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述天线包括以与所述天线一致的图案在所述第一基板上印刷金属油墨。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述集成电路进一步包括形成存储器，该存储器包括(i)配置用于存储与所述容器或包装的连续性状态相关的值的一个或多个位和(ii)配置用于存储所述容器或包装的唯一识别码的多个位。
18.一种检测打开的包装或容器的方法，包括：
a)将包括天线、一个或多个连续性传感器、以及电连接到每个所述天线和所述连续性传感器的集成电路的无线通信设备放置在所述包装或容器上，使得至少一个所述连续性传感器靠近所述包装或容器的第一和第二可分离部件之间的接口；以及
b)使用所述集成电路和所述至少一个连续性传感器，感测所述包装或容器的连续性状态。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述连续性传感器包括引线，该引线的一部分中包括一种材料，该材料的电导率或电阻率基于与所述包装或容器中的化学品或物质接触而变化。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，当所述连续性传感器确定所述包装或容器中存在化学品或物质时所述包装或容器的连续性状态是打开的，并且当所述连续性传感器没有确定存在所述化学品或物质时所述包装或容器的连续性状态是关闭或封闭的。
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