KR20070065420A - 마이크로-구조화된 시간 의존형 지시기 - Google Patents

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KR20070065420A
KR20070065420A KR1020077010258A KR20077010258A KR20070065420A KR 20070065420 A KR20070065420 A KR 20070065420A KR 1020077010258 A KR1020077010258 A KR 1020077010258A KR 20077010258 A KR20077010258 A KR 20077010258A KR 20070065420 A KR20070065420 A KR 20070065420A
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KR1020077010258A
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데이비드 존 스킨너
칼-헤인즈 로만
안톤 쿠퍼
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/02—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving means values; giving integrated values
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Abstract

본 발명은 복수의 채널(4)을 정의하는 마이크로-구조화된 표면을 가지는 기판(1), 및 물품의 활성화가 요구될 때까지 기판으로부터 분리되어 있는 유체를 포함하는 물품(20)을 제공하고, 물품은 기판의 채널 중 적어도 하나와 유체의 접촉을 허용하도록 원하는 시점에 활성화될 수 있도록 설계되며, 상기 물품은 측정가능한 가변 전기적 특성을 제공하도록 적응되고, 상기 가변성은 기판의 채널을 따라 이동하는 유체의 진행에 대응된다.
지시기, 마이크로구조, 시간 의존형, 타이머, 시간/온도 지시기

Description

마이크로-구조화된 시간 의존형 지시기{MICROSTRUCTURED TIME DEPENDENT INDICATORS}
본 발명은 타이머 및 시간/온도 지시기를 포함하고 이들로 제한되지 않는 시간 의존형 지시기를 제공한다.
부패하기 쉬운 제품의 유용한 수명이 만료되는 때의 표시를 제공하는 간단한 하나의 방법은 그 제품이 사용되어야 할 제안된 날짜로 각 제품을 표시하는 것이다. 그러나, 부패하기 쉬운 제품의 저하율은 증가하는 온도에 따라 통상 증가하므로 부패하기 쉬운 제품의 실제 유용 수명은 제품이 노출되는 온도 이력에 의존한다는 점에서 이러한 방법의 단점이 존재한다. 환언하면, 부패하기 쉬운 제품은 비교적 낮은 온도에서 동일한 기간에 노출되는 경우보다 비교적 높은 온도에서 특정 기간에 노출되는 경우에 더 짧은 잔여 유용 수명을 가질 것이다. 더 넓게는, 임의의 재료 또는 제품의 특정 속성 또는 특성의 변경율은 증가하는 온도에 따라 증가한다. 그러므로, 제품에 "사용가능한(use by)" 날짜를 표시하는 것은 특정 제품의 예상되는 열적 노출에 관한 가정에 기초하여야만 한다. 그러나, 실제 노출은 항상 예측되거나 제어될 수 없고, 따라서 시간-온도 지시기가 필요하다.
종래 기술에서, 타이머 및 시간-온도 지시기는 그러한 문제들을 극복하도록 제안되었다.
시간 지시기에 대한 어플리케이션은 2개의 넓은 카테고리로 분리될 수 있다. 제1 카테고리는 시간을 측정할 뿐만 아니라 제품의 실제 누적 열적 노출을 고려하는 시간 지시기를 포함한다. 이러한 목적은 원하는 기능에 따라 지시기의 변화율이 온도에 따라 증가하도록 함으로써 달성된다. 일부 그러한 지시기들은 임계 온도의 달성을 요구하고, 그 이하에서는 지시기가 변경되지 않는다. 다른 것들은 온도 변화에 더 계속적으로 응답한다. 이러한 타입의 시간 지시기는 통상 "시간-온도 지시기"로 지칭된다.
어플리케이션의 제2 카테고리는 열적 민감도가 최소화된 시간 지시기를 포함한다. 시간 지시기는 정밀시계와 같이 동작하고, 경과된 시간의 시각적 표시를 제공한다. 이러한 타입의 시간 지시기는 종종 "타이머"로 지칭된다.
화학 반응 메커니즘, 확산 메커니즘, 및 모세관-구동 유체 심지 메커니즘에 의해 동작하는 타이머 및 시간-온도 지시기가 알려져 있다. 수 개 타입의 지시기에 대한 설명을 위해, Dee Lynn Johnson에 의한 "Indicating Devices" in The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 400-406(John Wiley & Sons, 1986)을 참조하라.
시간 및 시간-온도 지시기는 예를 들면, 부패하기 쉬운 아이템의 유용한 수명을 모니터링하는 것과 같은 다양한 어플리케이션에 유용하다. 그러한 부패하기 쉬운 아이템은 식품, 아스파탐과 같은 식품 첨가물, 생물학 재료, 약품, 화장품, 사진 재료, 및 백신을 포함하나 이들로 제한되지 않는다. 시간 지시기는 부패하기 쉬운 아이템과 관련되지 않는 다양한 어플리케이션에서 경과된 시간 및 만료시간을 모니터링하는데 유용하다. 예를 들면, 보안 배지는 만료를 마킹하는 시간 지시기를 구비할 수 있다. 시간 지시기는 특정 태스크 및/또는 아이템에 대체되고, 완료되거나 갱신될 필요가 있는 리마인더(reminder)로서 유용할 수 있다. 시간 지시기는 최신형 아이템 및 게임 자재로도 이용될 수 있다.
WO 01/88634는 복수의 채널을 정의하는 마이크로-구조화된의 표면을 구비하는 기판, 및 물품의 활성화가 요구될 때까지 기판으로부터 분리되는 유체를 포함하는 물품을 기재하고, 여기에서 물품은 기판의 적어도 일부 채널과의 유체의 접촉이 물품을 활성화시킬 수 있는 것이 조작될 수 있도록 설계되며, 물품은 기판 채널을 통해 이동하는 유체의 진행의 표시를 제공하도록 설계된다.
지시기의 자동 및/또는 원격 추적 및 문의를 가능하게 하는 시간 및 시간-온도 지시기를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 타입의 지시기는 특히 유통 체인의 각 트랜잭션 포인트에서 아이템에 행해지는 시간 또는 열적 노출을 기록할 수 있는 것이 바람직한 경우에, 시간 및 시간-온도 지시기가 현재 채용되는 다수의 어플리케이션에 유용하다. 본 발명은 이것을 감안하여 만들어졌다.
본 발명의 물품은 양호하게는 높은 레벨의 정확도를 가지고 있고 판독하기에 용이하다. 이들은 또한 양호하게는 자기-포함형(self-contained)이고, 양호하게는 요구시 활성화를 허용한다. 유체(예를 들면, 온도 민감한 또는 비교적 온도 둔감한)의 적절한 선택에 의해, 물품은 예를 들면, 시간/온도 지시기 또는 타이머로서 기능한다. 물품은 양호하게는 진행 중 및 종점 결정 시에 고도의 정확한 판독을 제공할 수 있다.
본 발명은 기판; 및 물품의 활성화에 의해 유체가 기판에 접촉할 수 있을 때까지 기판으로부터 분리되어 있는 유체를 포함하고, 기판은 유체가 시간 또는 시간 온도에 의존하는 레이트에서 기판을 따라 이동할 수 있도록 되어 있으며, 물품은 측정가능한 가변 전기적 특성을 제공하도록 구성되며, 상기 가변성은 기판을 따라 이동하는 유체의 진행에 대응된다. 양호하게는 측정가능한 가변 특성은 커패시턴스, 및/또는 도전율 및/또는 전압이다.
양호하게는, 기판은 복수의 채널을 정의하는 마이크로-구조화된 표면을 가지고 있고, 상기 가변성은 유체가 채널을 따라 이동하는 유체의 진행에 대응한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 본 발명의 물품은 기판을 따라 이동하는 유체에 의해 접촉하게 되는 기판의 표면에 인접하여 배치되는 도전층을 더 포함한다.
본 실시예에서, 유체는 도전성/전해질 유체로서 도전층이 하나의 전극을 제공하는 저항기/전원의 일부를 형성하며, 상기 저항기의 저항 및 전원의 전압 또는 전원의 전달가능한 전류는 기판을 따라 이동하는 유체의 진행에 의해 가변되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 다른 양태에 따르면, 도전층은 저항기/전원의 대향 전극을 제공한다. 양호하게는 도전층은 각각이 전극들 중 하나를 형성하는 2개의 분리되고 인터리빙된 부분들을 제공하도록 패터닝된다.
제1 실시예의 제2 다른 양태에 따르면, 유체는 도전성/전해질 유체로서 도전층이 하나의 전극을 제공하는 저항기/전원의 일부를 형성하며, 전원의 저항, 전류 구동 능력은 기판을 따라 이동하는 유체의 진행에 의해 가변된다. 도전층은 저항기/전원의 대향 전극을 제공하고, 도전층은 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝된다. 대향 전극은 기판을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다.
본 발명의 이러한 양태에서, 측정되는 가변 특성은 저항, 도전율 또는 전압이다.
다르게는, 제1 실시예의 제3 다른 양태에 따르면, 유체는 도전성/전해질 유체로서 도전층이 하나의 전극을 제공하는 저항기/전원의 일부를 형성하며, 저항기/전원의 저항/전압은 기판을 따라 이동하는 유체의 진행에 의해 가변된다. 본 발명의 제1 실시예의 이러한 다른 양태에서, 기판은 복수의 채널을 포함한다. 물품은 저항기/전원의 대향 전극을 제공하도록 상기 채널의 적어도 일부의 기저 영역에만 도전성 코팅을 포함한다. 이러한 추가 도전성 코팅에 있어서, 커패시턴스는 추가적으로 측정가능한 특성이다. 양호하게는, 이러한 제3 다른 실시예에서, 도전층은 대향 전극과 연관된 복수의 전극을 제공하도록 패터닝되고, 그 전극은 유체가 기판의 채널을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다.
제1 실시예의 제4 다른 양태에 따르면, 유체는 도전성/전해질 유체로서 도전층이 하나의 전극을 제공하는 저항기/전원의 일부를 형성하며, 저항기/전원의 저항/전압은 기판을 따라 이동하는 유체의 진행에 의해 가변된다. 도전성 코팅은 상기 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝되고, 그 대향 전극은 유체가 기판의 채널을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다. 이러한 대안에서, 커패시턴스는 추가적인 측정가능한 가변 전기적 특성이다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 상기 넓게 정의된 본 발명의 물품은 추가적으로 기판을 따라 이동하는 유체에 의해 접촉되는 기판에 인접하여 배치된 절연층, 및 다른 측 상의 절연층에 인접하는 도전층을 추가적으로 포함한다.
이러한 실시예에 따르면, 유체는 유전체 유체로서 도전층이 하나의 전극을 제공하는 커패시터의 일부를 형성하며, 커패시터의 커패시턴스는 기판을 따라 이동하는 유체의 진행에 의해 가변된다. 그러므로, 커패시턴스는 측정가능한 가변 전기적 특성이다.
제2 실시예의 제1 양호한 양태에 따르면, 도전층은 커패시터의 대향 전극을 제공한다. 더 바람직하게는, 도전층은 각각이 전극들 중 하나를 형성하는 2개의 분리되고 인터리빙된 부분들을 제공하도록 패터닝된다.
본 발명의 제2 실시예의 제2 양태에 따르면, 유체는 양호하게는 유전체 유체로서 도전층이 하나의 전극을 제공하는 커패시터의 일부를 형성한다. 이러한 제2 양태에서, 도전층은 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝되고, 대향 전극은 기판을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다. 유체가 기판을 따라 진행함에 따라, 커패시터의 커패시턴스를 증가시키게 될 커패시터 전극 표면이 증가한다.
다르게는, 본 발명의 제2 실시예의 제3 양호한 양태에 따르면, 기판은 복수의 채널을 포함하고, 물품은 커패시터의 대향 전극을 제공하기 위해 채널 상의 도전성 코팅을 더 포함한다. 양호하게는, 도전층은 상기 대향 전극과 연관된 복수의 전극을 제공하도록 패터닝되고, 그 전극은 유체가 기판의 채널을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다.
또 다르게는, 본 발명의 제4 양태에 따르면, 유체는 양호하게는 유전체 유체로서 도전층이 하나의 전극을 제공하는 커패시터의 일부를 형성한다. 더구나, 물품은 커패시터의 대향 전극을 제공하기 위해 채널 상의 도전성 코팅을 더 포함한다. 또한, 도전성 코팅은 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝되고, 그 대향 전극은 기판을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다.
복수의 채널을 정의하는 마이크로-구조화된 표면을 구비하는 양호한 기판에 대한 대안으로서, 다공성 재료, 심지 재료 및 흡수성 재료를 포함하는 다른 적합한 기판은 본 발명의 모든 양호한 실시예 및 양태에 따라 이용된다. 예를 들면, 상기 언급된 본 발명의 제1 양호한 실시예에 이용되는 기판은 도전층에 인접한 심지 재료가 될 수 있다. 마찬가지로, 상기 언급된 제2 실시예에 이용되는 기판은 절연층에 인접한 심지 재료가 될 수 있다. 측정될 가변 특성이 도전율인 경우, 측정 품질은 이용되는 재료에 의해 거의 영향받지 않는다. 커패시턴스가 측정가능한 가변 특성인 경우, 예를 들면 심지 재료와 비교할 때 더 넓은 접촉 면적을 제공하므로, 복수의 채널을 정의하는 마이크로-구조화된 채널이 바람직하다. 심지 재료의 경우에, 심지 재료 및 유전체 유체의 조합은 유전체 유체가 적절한 레이트로 심지 재료를 통해 이동하도록 선택되어야 한다.
모든 실시예 및 양태에 따르면, 본 발명의 물품은 제공되는 측정가능한 가변 전기적 특성을 처리하기 위한 프로세서를 포함한다. 양호하게는, 프로세서는 무선 주파수 디바이스에 동작가능하게 접속된다. 본 발명의 문맥에서, 용어 "무선 주파수 디바이스"는 임의의 적합한 RFID 디바이스를 의미한다. 예를 들면, "무선-주파수 디바이스"는 수동적 안테나로부터 액티브 안테나로의 정보 플로우를 위한 안테나 임피던스 변조를 이용하는 디바이스를 의미한다. 적합한 예는 Chandler, AZ 8522-6199, U.S.A의 Microchip Technologies Inc.에 의해 발행된 공보 AN680 "Passive RFID Basics"에 기재되어 있다. 양호하게는, RFID IC가 본 발명의 물품에 이용되어, RFID 통신 프로토콜을 통한 지시기의 문의를 제공한다. RFID는 필립스(예를 들면, "Icode") 또는 텍사스 인스트루먼트(예를 들면, "Tag-It")로부터 입수가능하다.
그러므로, 본 발명은 지시기가 부착된 물품의 노출을 모니터링하는 방법을 포함하고, 상기 방법은 a) 활성화시 지시기에 의해 제공되는 측정가능한 가변 전기적 특성을 판독하는 단계; 및 b) 물품-특정 노출 특성을 제공하도록 판독된 측정가능한 가변 전기적 특성을 처리하는 단계를 포함한다.
양호하게는, 각 유체는 점성 유체, 점탄성 유체, 및 그 조합으로 구성된 그룹에서 선택된다.
본 발명의 양호한 물품에서, 물품은 활성화 이전 또는 이후에 물품으로부터 유체(들)의 누출이 거의 없도록 설계된다.
본 발명의 물품에서, 기판을 통해 흐르는 유체는 유체 플로우 프런트(이하에 정의됨)를 가지고 있고, 각 유체 프런트 변동은 양호하게는 약 5mm보다 작고, 더 양호하게는 약 3mm보다 작으며, 가장 양호하게는 약 1mm보다 작다.
본 발명의 물품의 일부 실시예들에서, 기판을 통해 이동하는 유체의 진행의 가시적 표시가 요구되는 경우, 기판은 역반사성일 수 있고, 이에 의해 기판을 따라 또는 이를 횡단하여 각각 이동하는 각 유체의 진행은 역반사 기판을 가린다.
양호하게는, 유체는 물품의 활성화가 요구될 때까지 배리어에 의해 기판으로부터 분리되고, 여기에서 배리어는 기판과 유체의 접촉을 허용하도록 후속적으로 조정될 수 있다.
물품은 물품의 활성화시 유체가 기판을 따라 이동하도록 허용하고 물품으로부터 거의 탈출하지 않도록 기판, 배리어, 및 유체를 충분히 싸는 커버링을 더 포함하고, 커버링의 적어도 일부는 충분히 투명하며, 커버링, 기판 및 유체의 컬러링 및 투명도 레벨은 유체가 기판을 따라 또는 그를 횡단하여 각각 이동할 때 관찰자가 유체를 육안으로 볼 수 있도록 선택된다.
커버를 구비하는 본 발명의 물품의 다른 양호한 실시예에서, 커버는 유체 플로우의 진행을 관찰할 수 있고 유체 플로우의 방향으로 연장되는 커버의 일부 상에 배치된 스케일을 더 포함한다.
본 발명의 물품의 다른 실시예에서, 물품은 물품을 활성화하는 방법을 나타내는 커버 상의 표시들을 더 포함한다.
커버를 구비하는 본 발명의 물품의 다른 실시예에서, 커버는 기판 및 유체를 싸는, 함께 결합된 2개의 테이프 부분을 포함하고, 여기에서 제1 테이프 부분은 투명하고 단면 접착 테이프이며, 제2 테이프 부분은 양면 접착 테이프이고, 단면 접착 테이프는 유체의 플로우의 진행이 그 전체를 통해 관찰될 수 있도록 배치되고, 단면 테이프의 접착물 코팅 측은 유체와 기판을 향해 배치된다. 양면 접착 테이프는 커버의 바닥을 형성한다. 양면 접착 테이프의 하나의 접착 사이드는 기판에 대향하고, 선택적으로 릴리스 라이너(release liner)에 의해 커버링될 수 있는 반대 접착 사이드는 모니터링된 아이템에 물품을 부착하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 물품에 유용한 기판은 역반사성, 회절율 특성, 확산 특성, 및 부분 내부 반사 특성으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것들을 포함하나 이들로 제한되지 않는 다양한 광학적 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 하나의 양호한 실시예에서, 기판은 광학적 특성을 가지고 있고, 기판을 따라 이동하는 유체의 진행은 기판의 광학적 특성을 모호하게 한다.
본 발명의 물품은 예를 들면 단지 하나의 유체 및 단지 하나의 기판을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 물품은 복수의 유체를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 물품은 복수의 기판을 포함할 수 있다. 본 발명의 물품의 일부 실시예에서, 물품은 복수의 물품 및 복수의 기판을 포함할 수 있다.
도 1은 활성화 이전에 본 발명의 타이머 물품 또는 시간 온도 물품의 전방 사시도.
도 2는 본 발명의 물품의 제1 실시예의 단면도.
도 3은 본 발명의 물품의 제2 실시예의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 이용하기 위한 도전층의 평면도.
도 5는 본 발명의 물품의 제1 실시예의 양호한 양태의 단면도.
도 6은 본 발명의 물품의 제2 실시예의 양호한 양태의 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 이용하기 위해 복수의 전극을 제공하는 패터닝된 도전층 또는 도전 코팅의 평면도.
도 8은 본 발명의 물품의 기판에 RFID IC 및 RF 안테나의 전기적 접속의 개략도.
도 9는 커패시턴스가 측정가능한 특성인 본 발명의 물품의 특정 실시예의 개략도.
도 10은 도전율/전압이 측정가능한 특성인 본 발명의 물품의 다른 특정 실시예의 개략도.
기판
본 발명에 따른 유용한 기판은 각각 기판을 따라 또는 기판을 가로지르는 유체의 이동에 기초하여 정보를 제공하는 시간 및 시간-온도 지시기에 이용하기에 적합한 것으로 알려져 있는 것들이다. 적절한 기판의 예는 US-A-3 243 303; 4 229 813; 4 382 700; 4 408 557과 같이 시간 및 시간-온도 지시기에 다공성 재료, 심지 재료 및 흡수성 재료를 포함한다. 본 발명에 따라 유용한 양호한 기판은 마이크로-구조화된 표면을 가지고 있는 것들로서, 마이크로-구조화된 표면은 복수의 채널을 정의한다. 그러한 기판은 소정 채널 패턴을 가지고 있고, 채널의 최대 깊이 및 폭은 약 1,000마이크론보다 작다. 채널은 상호접속되거나 그렇지 않을 수도 있다. 채널은 선택적으로는, 일련의 돌출부로 형성된다. 양호하게는, 본 발명의 기판의 채널부는 규칙적이고, 순서가 있고 비랜덤하다. 양호하게는, 채널은 어레이로 되어 있다. 일부 실시예들에서, 각 채널은 인접 채널에 거의 동일하거나 동일하다. 일부 실시예들에서, 채널된 표면을 횡단하여 폭방향으로 또는 채널된 표면 아래로 길이 방향으로 다른 채널 형태 및/또는 크기를 가지는 것을 요구할 수 있다.
본 발명에 따른 유용한 기판은 통상 유연하다. 유연한 기판을 가지는 물품은 지시기가 연관되는 표면에 부착하기에 보다 용이하다. 그러나, 반강체(semi-rigid) 및 강체인 기판도 본 발명에 따르면 유용하다. 마찬가지로, 본 발명의 물품은 통상 유연하다. 그러나, 본 발명의 물품은 반강체이거나 강체이다.
기판은 특정 실시예에 따라 역반사적이거나 그렇지 않을 수 있다. 유용한 비-역반사 기판의 예들은 그 내부에 채널 열을 가지고 있는 마이크로-구조화된 기판을 포함하나 이들로 제한되지 않으며, 여기에서 채널은 선형이며 평행이고 밀접하게 이격되어 있다. 역반사 마이크로-구조화된 기판의 이용은 본 발명의 물품에 다수의 장점들을 제공한다. 이들은, 물품이 유체가 역반사 기판을 가리는 방식으로 이용되도록 설계되는 경우에, 역반사 기판의 이용으로 인한 양호하게 높은 가시 유체 플로우 프런트를 포함한다.
기판 및/또는 물품에 이용되는 다른 재료는 유체 플로우을 방해하지 않도록 유체를 흡수하지 않는 것이 바람직하다(즉, 유체가 접촉하게 되는 기판 및 물품의 컴포넌트가 양호하게는 거의 유체 불침투성이어야 하고, 가장 바람직하게는 유체 불침투성이어야한다). 양호하게는, 유체가 접촉하게 되는 기판 및/또는 물품에 이용되는 다른 재료(예를 들면, 커버)는 실질적으로 비-흡수적이고, 가장 바람직하게는 이들이 이용되는 유체에 비해 비-흡수적인 것이다. 양호하게는 유체 플로우는 단지 기판의 채널을 따르거나 채널을 횡단하고, 기판 자체(또는 유체가 접촉하게 되는 물품의 임의의 다른 컴포넌트)로의 유체의 거의 비확산, 가장 바람직하게는 전혀 확산이 없다. 그러므로, 유체는 가장 바람직하게는, 기판 자체 또는 기판이 접촉하게 되는 물품의 다른 컴포넌트에 의해 흡수되거나, 이것으로 확산되거나 또는 스며들지 않게 된다.
기판을 통한 유체의 플로우는 양호하게는 수동적 플로우를 통해 존재한다. 즉, 양호하게는 지시기의 방향이 그 성능에 영향을 미치지 않도록 임의의 중력 효과가 최소이거나 존재하지 않지만, 양호하게는 모세관 작용 및 선택적으로는 중력 효과를 통해 존재한다. 유체의 플로우는 양호하게는 액티브하지 않을 수 있다(즉, 펌프, 외부 진공 소스 등과 같은 디바이스에 의해 야기됨).
이전에 설명된 바와 같이, 물품의 기판은 선택적으로 그 내부에 채널을 포함한다. 선택적으로, 채널들은 상호 접속된다. 양호하게는 채널들은 더 평탄한 유체 플로우 프런트에 대해 상호접속된다. 채널은 통상 기판의 노출 표면 상에 제공된다.
기판 형태 및 채널 설계에 따라, 소량의 유체가 유체 플로우 경로에 따라 이동하는 기판 측면(또는 에지)으로부터 누출될 가능성이 있다. 누출되는 그러한 유 체는 비-균일 유체 플로우 프런트에 기여하는 유체 플로우 경로를 따라 추가적으로 기판 채널에 잠재적으로 재진입할 수 있다. 그러므로, 일부 경우에, 더 균일한 유체 플로우 프런트를 보장하기 위해 유체 진입을 허용하는 에지 또는 영역이 밀봉되지 않고 유체가 흐르는 에지 또는 영역이 밀봉되지 않는 한, 기판의 에지 또는 측면을 밀봉하는 것이 바람직하다.
마이크로-구조화된 기판의 채널은, 제공되는 경우, 하나 이상의 형태를 가질 수 있다. 통상적으로, 기판 내의 채널들의 형태는 유사하다. 유용한 채널 단면 형태의 예는 이하, 즉 V-형태 채널, u-형태 채널, 반-원-형태 채널, 및 정사각형 u-형태 채널을 포함하나 이들로 제한되지 않는다. 채널은, 위에서 볼 때, 선형 또는 비선형이 될 수 있다. 예를 들면, 이들은 직선이거나, 곡선이거나 트위스트되어 있거나, 굽어있거나, 구불구불하다. 채널은 선택적으로는 기하학적 돌출부의 열로 형성될 수 있고, 여기에서 돌출부간 경로는 채널이 된다. 이것은 여기에서 나중에 설명되는 역반사 정육면체-코너 시팅(sheeting)에 적용될 것이다.
통상, 채널의 깊이는 약 5 내지 약 1,000마이크론 미만의 범위이고, 더 통상적으로는 약 10 내지 약 500마이크론이고, 양호하게는 약 25 내지 약 200마이크론이며, 가장 양호하게는 약 25 내지 약 100마이크론이다. 통상, 채널의 폭은 약 5 내지 약 1,000마이크론 이하이고, 더 통상적으로는 약 10 내지 약 500마이크론이며, 양호하게는 약 25 내지 약 250 마이크론이다. 통상, 채널의 간격은 채널이 다른 채널의 약 5 내지 약 1,000마이크론 이하 내에 있고, 더 통상적으로는 약 10 내지 약 500마이크론이며, 양호하게는 약 10 내지 약 250마이크론이다.
기판 상의 채널의 형태, 길이 및 개수는 다수의 인자들에 따라 가변될 수 있다. 이들은, 예를 들면, 유체가 기판을 통해 흐르도록 원하는 시간의 길이, 기판과 함께 이용될 유체, 및 유체 플로우가 모세관 힘 이외의 힘(예를 들면, 중력)에 의해 영향을 받거나 받지 않는 레벨을 포함한다. 중력에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 물품을 설계하기 위해, 양호하게는 충분히 작은 채널을 가지는 기판을 활용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 양호한 실시예에 이용되는 기판은 마이크로-구조화되어 있다. 다양한 다른 클래스 및 타입의 채널-포함 마이크로-구조화된 기판이 유용하고, 양호한 기판은 온도, 습도, 및 부딪힐 것으로 보이는 다른 환경적 조건뿐만 아니라, 본 발명의 물품에 이용되는 유체로의 노출시 그 기하학적 형태 및 표면 특성을 유지하는 것들이다.
비-역반사 마이크로-구조화된 기판은 양호하게는 예를 들면, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 나일론 등을 포함하는 캐스팅, 프로파일 압출, 또는 엠보싱에 적합한 임의의 열가소성 재료로부터 형성된다. 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 혼합물 및/또는 그 공중합체, 및 에틸렌/비닐 아세테이트와 같이 다른 모노머의 소량 비율을 가지는 프로필렌 및/또는 에틸렌의 공중합체가 바람직하다. 폴리올레핀은 그 뛰어난 물리적 특성, 처리의 용이성, 및 전형적으로는 유사한 특성을 가지는 다른 열가소성 재료보다 낮은 비용으로 인해 바람직하다. 폴리올레핀은 캐스팅 또는 엠보싱 롤의 표면을 용이하게 복사하고, 용이하게 프로파일 압출된 다. 이들은 질기고 오래 견디며, 그 형태를 잘 유지하므로, 그러한 막들이 캐스팅 또는 엠보싱 프로세스 이후에 처리하기 용이하게 한다. 다르게는, 마이크로-구조화된 기판은 아크릴레이트 또는 에폭시와 같은 큐어링가능한 수지로부터 캐스팅되어 열, 자외선(UV), 또는 E-빔 방사로의 노출에 의해 큐어링된다.
본 발명에 따른 유용한 기판은 선택적으로는 이하의 광학적 특성, 역반사성, 전체 내부 반사, 및 부분 내부 반사 중 하나 이상을 가질 수 있다. 이들은 예를 들면 굴절율 및/또는 회절율 속성을 포함할 수 있다. 마이크로-구조화된 기판 자체는 마이크로-구조화된 기판 상에서 이동하는 유체의 검출성을 개선하는 정반사성 또는 회절 특성을 가질 수 있다. 유체가 마이크로-구조화된 기판 상에서 이동하면, 마이크로-구조화된 표면을 적시고, 마이크로-구조화된 표면과 인접하는 유체간의 굴절율 차이를 (공기에 비해) 감소시킴으로써, 마이크로-구조화된 기판을 가리고, 그 투명도를 개선시킨다.
유체
본 발명에 따른 다양한 유체가 유용하다. 그 예는 점성이 있는 유체, 점탄성 유체, 및 그 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 것들을 포함하나, 이들로 제한되지 않는다.
또한, 다른 표면 장력 특성을 가지는 유체들 중에서 선택할 수 있다. 통상, 23℃에서의 그 표면 장력이 약 10 x 10-3N/m 내지 약 80 x 10-3N/m의 범위, 양호하게는 약 10 x 10-3N/m 내지 약 60 x 10-3N/m의 범위, 더 양호하게는 약 10 x 10-3N/m 내지 약 50 x 10-3N/m의 범위, 및 가장 양호하게는 약 10 x 10-3N/m 내지 약 40 x 10-3N/m의 범위인 유체가 이용될 수 있다.
또한, 다른 밀도 특성을 가지는 유체들 중에서 선택할 수 있다. 통상, 23℃에서의 밀도가 약 0.5 내지 약 2 grams/cc, 양호하게는 0.5 내지 약 1.5 grams/cc 및 가장 양호하게는 약 0.8 내지 약 1.5 grams/cc의 범위인 유체가 이용될 수 있다.
마지막으로, 다른 제로 레이트 전단 점도를 가지는 유체 중에서 선택할 수 있다. 통상, 23℃에서의 제로 레이트 전단 점도가 약 1 x 10-3 내지 약 1 x 106Pa·s, 양호하게는 약 0.1 내지 약 1 x 105 Pa·s, 및 가장 양호하게는 약 1 내지 약 10,000 Pa·s의 범위인 유체가 이용될 수 있다.
본 발명의 시간/온도 지시기 물품에 대해, 선택된 유체는 온도에 민감하다. 본 발명의 타이머 물품에 대해, 선택된 유체는 거의 온도에 민감하지 않고, 가장 양호하게는 온도에 민감하지 않다. 온도 민감 유체는 3kcal/mole 이상의 활성화 에너지(Ea) 및 양호하게는 1.1보다 큰 지수 Q10을 가지는 것으로 정의된다. 온도 비민감 유체는 3kcal/mole 이하의 Ea 및 양호하게는 1.1 내지 1.0의 Q10을 가지는 것으로 정의된다. Q10은 10℃의 온도 증가에 응답하여 반응(예를 들면, 부패하기 쉬운 제품의 화학적 변화, 미생물 성장, 또는 효소 부패)이 얼마나 더 빨리 발생하 는가에 대한 표시이며, T는 ℃로 제공되는 것으로서 Q10 = (T + 10℃에서의 변경 레이트)/(T에서의 변경 레이트)이다.
본 발명에 따른 적합한 유체는 예를 들면, 시간 및/또는 누적 열적 노출에 응답하여 마이크로-구조화된 표면의 채널로의 이동을 위한 원하는 속성을 제공하는 점탄성 및 점성 유체 및 그 조합을 포함한다. 모세관 작용이 주로 마이크로-구조화된 기판의 채널로의 유체의 이동을 구동하기 위해서는, 물품 컴포넌트의 표면 에너지는 양호하게는 의도하는 이용 온도 범위 내에서 기판의 마이크로-구조화된 표면 상의 유체의 로컬 접촉각이 90도보다 작게, 더 양호하게는 약 25도보다도 작게 되도록 한다. 접촉각은 마이크로-구조화된 표면의 표면 에너지, 유체(예를 들면, 액체)의 표면 에너지 및 이 둘 간의 인터페이스 에너지의 함수이다.
본 발명의 물품은 유체가 채널을 따라 이동할 때 마이크로-구조화된 표면의 채널을 채우는 충분한 유체를 제공하도록 설계되는 것이 바람직하다. 물품의 컴포넌트는 양호하게는, 마이크로-구조화된 기판의 채널 구조로의 유체의 원하는 이동 레이트를 제공하도록 선택된다. 시간 지시기에서, 예를 들면 점성 액체와 같은 유체는 양호하게는 실질적으로는 온도에 무관하고, 실질적으로는 방향, 즉 중력에 무관한 레이트로 채널 구조를 통해 이동한다. 액체의 속성을 제어함으로써, 표시 디바이스는 경과된 시간의 표시를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 모니터링하는데 필요한 시간양에 대해 적합한 특성을 가지는 액체를 선택할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 설명된 바와 같이, Q10 및 Ea는 모니터링되는 오브젝트의 저하 레이트 또는 다른 변화 레이트의 양자화로서 유용하다. 이는 모니터링될 오브젝트에 대한 적합한 유체를 선택하기 위해 유체의 유효 Ea 또는 Q10을 양자화하는데 유용하다. 모니터링될 특정 오브젝트에서와 같이, 다양한 유체를 선택하고, 유체를 포함하는 지시기에 대해 실험을 수행하여, 각 유체에 대해 다양한 온도에서 가시적으로 관찰가능한 표시의 변화 레이트를 결정할 수 있다. 그리고나서, 주어진 기판을 가지는 다양한 유체에 대해 측정된 유효 Ea 및/또는 Q10을 계산하여 지시기의 의도된 이용을 최상으로 맞출 수 있다. 또한, 유체의 플로우 속성의 온도 의존성을 독립적으로 측정하고 유효 활성화 에너지를 추정할 수 있다.
예를 들면, 다양한 온도에서 주파수의 함수로서 유체의 다이나믹 기계적 속성을 측정하고, 유동학의 기술분야에 알려진 고전적 절차에 따라 시간-온도 중첩을 수행할 수 있다. 결과적인 온도 의존형 시프트 인자는 윌리엄-란델-페리 등식(Williams-Landel-Ferry equation)에 맞추어질 수 있고, 유효 활성화 에너지는 공지된 페리 등식에 따라 계산될 수 있다. John D. Ferry, Viscoelastic Properties of Polymers(John Wiley and Sons, Inc, 1980)를 참조. 유동학 기술분야의 숙련자라면 기재된 바와 같이 페리 등식을 이용할 수 있을 것이다.
시간-온도 지시기에서, 예를 들면 점탄성 액체와 같은 유체는 양호하게는 모니터링될 오브젝트의 부패 레이트의 변화와 충분히 유사한 방식으로 온도에 따라 증가하는 레이트로 채널 구조를 따라 이동하여, 지시기에 의해 경험되는 시간 온도 조건의 정확한 표시를 제공한다. 적절한 속성을 가지는 유체를 선택함으로써, 표시 디바이스는 소정 누적 열적 노출의 표시를 제공하도록 구성될 수 있다. 이는 종종 음식물, 약품, 사진 재료, 및 백신과 같은 특정 부패하기 쉬운 아이템에 대한 소정의 허용가능한 누적 열적 노출의 표시를 제공하는데 유용하다. 따라서, 모니터링될 특정 제품에 대한 적합한 특성을 가지는 유체를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 양호한 지시기에 이용하는데 적합한 유체에 대한 추가 정보는 필요한 경우에, WO 01/88634로부터 얻을 수 있다.
유체 분리
유체는 물품이 활성화될 때까지 기판으로부터 분리되어 유지된다. 물품을 활성화하기 위해, 지시기는 유체가 기판 채널 중 적어도 일부를 접촉할 수 있도록 조정된다. 활성화에 앞서서, 저장이 성능에 있어서 임의의 재료 저하를 허용하지 않는 경우에, 물품은 양호하게는 거의 무한대로 저장될 수 있다. 유체는 예를 들면, 물리적 배리어 또는 공간 또는 거리를 가지고 기판으로부터 분리될 수 있다. 공간에 의한 분리는 물품이 들어올림, 경사짐 및/또는 역전시킴에 의해 이동되는 경우에 활성화되는 이동 지시기인 물품에 유용하므로, 유체가 기판 채널과 접촉하게 한다.
물리적 배리어의 이용은 단지 물품의 위치에 의해서만 활성화되지 않고, 예를 들면 기판과의 유체 접촉을 허용하도록 배리어를 관통하고, 파열시키거나 제거하는 것과 같은 실제적인 단계를 요구하는 물품에 유리하다. 예를 들면, 배리어는 유체가 포함되는 파우치, 봉지, 또는 블래더(bladder)와 같은 저장기 또는 컨테이 너일 수 있다. 압력을 파우치, 봉지, 또는 블래더에 인가하는 경우, 파열하여 기판과의 유체의 접촉을 허용하게 될 것이다. 이러한 압력은 예를 들면 손가락 압력에 의해 인가될 수 있다. 다른 배리어는, 예를 들면, 게이트, 밸브 등을 포함한다. 이들 배리어는 예를 들면, 탭을 잡아떼고, 코드를 당기며, 적층된 실(seal)을 제거하고, 캡슐을 파괴시킴으로써 조정되거나 제거되어, 기판과 유체의 접촉을 허용한다. 다른 유체 저장기 및 배리어 시스템 및 활성화 방법은 본 발명의 물품에 유용할 것이다. 배리어는 플라스틱, 접착제, 금속, 유리 등을 포함하나 이들로 제한되지 않은 다수의 재료로부터 만들어질 수 있다.
커버링
본 발명의 물품은 물품의 일부 또는 전체를 덮는 커버링을 선택적으로 포함한다. 그러한 커버링은 통상 유체, 임의의 배리어 및 기판의 일부 또는 전체를 덮는다. 물품의 커버링은 유연하고, 반강체이거나 강체이다. 커버링은 상기 설명된 바와 같이, 커버가 제거될 때까지 기판으로부터 유체를 분리할 기능을 갖지 않는다면, 물품의 활성화 및 유체 플로우 경로를 통한 유체의 플로우를 간섭하지 않도록 선택되는 것이 바람직하다. 커버링은 양호하게는, 유체가 물품으로부터 누출되는 것을 방지하도록 선택된다. 커버링은 플라스틱을 포함하나 이들로 제한되지 않는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 커버링은 1-부분 구성이거나, 예를 들면 서로 결합된 2개의 테이프에 의해 형성되는 복수-부분 구성일 수 있다. 커버는 예를 들면 유체 진행을 볼 수 있는 투명 윈도우를 가지는 불투명 재료로 만들어질 수 있다. 다르게는, 커버는 그 위에 그래픽을 가지는 투명 재료로 만들어질 수도 있다. 투명 커버의 일부는 양호하게는 유체 진행을 관찰하는 윈도우를 제공하기 위해 그래픽으로부터 자유로워야 한다. 다른 커버 구성도 또한 가능하다. 커버는 테이프 이재(backing)가 커버가 되도록 예를 들면 기판 및 유체 저장기 상에 압력에 민감한 접착 테이프의 적층물을 포함하는 다양한 방식으로 유체 저장기와 같은, 물품의 기판 및 다른 컴포넌트에 부착될 수 있다. 다르게는, 전사 압력 민감성 접착제는 예를 들면, 기판 및 유체 저장기에 적층될 수 있고, 커버는 압력 민감성 접착제에 적층될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 타이머 물품(20)을 예시하고 있다. 도 1에 도시된 타이머 물품(20)은 단순화를 위해 도 1에 도시되지 않았지만 다층 구성을 가지고 있다. 물품(20)은 커버(24)를 포함한다. 커버(24)는 뷰어가 활성화시 유체 흐름을 관찰할 수 있는 윈도우를 제공하도록 투명하게 남겨져 있는 28로 식별된 직사각형 섹션을 제외하고는 그위에 프린팅을 포함한다. 커버(24) 상의 프린팅은 경고 명령(27), 유체 저장기에 위치된 활성화 포인트(26), 및 활성화 명령(25)을 포함한다. 도 1에서, 활성화는 이미 발생되었다. 컬러링된 바(29)는 경과된 시간을 도시하고 있다. 유체가 기판을 따라 이동할 때 시간에 따라 이동하는 바(29)의 에지는 22로 식별되고 유체 플로우 프런트로 알려져 있다. 유체 플로우 프런트는 기판에 따라 이동한 유체의 최외곽 경계이다.
첨부 도면의 도 2는 본 발명의 물품(20)의 제1 양호한 실시예의 단면도를 예시하고 있다. 이러한 실시예의 물품(20)은 복수의 채널(4)을 정의하는 마이크로- 구조화된 표면을 가지는 기판(1)을 포함한다. 또한, 물품(20)은 기판(1)의 마이크로-구조화된 표면에 인접하여 배치되는 도전층(2)을 포함한다. 마지막으로, 물품(20)이 부착되는 제품에 대해 전체 구조를 지지하고 도전층(2)을 절연시키는 절연층(3)이 제공된다. 사용자가 물품(20)의 활성화를 원할 때까지 기판(1)으로부터 분리되어 있는 유체에 대해 채널(4)이 제공된다. 도전층(2)은 기판(1)의 채널(4)을 통해 이동하는 유체에 의해 접촉되도록 기판(1)의 마이크로-구조화된 표면에 인접하여 배치된다. 물품(20)은 원하는 시점에 활성화되어 기판(1)의 채널(4) 중 적어도 하나와의 유체의 접촉을 허용한다. 활성화될 때까지, 유체는 적합한 배리어(도시되지 않음) 또는 공간에 의해 채널로부터 분리된 상기 언급된 유체 저장기(도시되지 않음)에 저장된다.
상기 설명된 바와 같이, 채널링된 기판 대신에, 다공성 재료, 심지 재료, 및 흡수성 재료와 같은 다른 재료가 기판(1)으로서 이용되는 것도 본 발명에 포함된다.
그러한 구성에 있어서, 물품(20)은 채널(4)을 통한 유체의 진행에 대응하여 가변되는 측정가능한 가변 전기적 특성을 제공한다. 유체는, 예를 들면, 도전층(2)이 하나의 전극을 제공하는 저항기 또는 전원의 일부를 각각 형성하는 도전성 또는 전해질 유체이다. 이 경우에, 저항기/도전체 또는 전원의 저항/도전율 또는 전압은 기판(1)의 채널(4)을 따라 이동하는 유체의 진행에 의해 가변된다.
도전층은 저항기/전원의 대향 전극을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 특징의 더 양호한 실시예는 도 4에 도시되어 있다. 이러한 특정 실시예에서, 도전층 은 3개의 다른 검출 전극(9)뿐만 아니라 대향 전극(8)을 형성한다. 검출 전극(9)은 기판(1)의 채널(4)을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉된다. 대향 전극(8) 및 검출 전극(9)은 인터리빙된 관계로 서로 배열되는 전극 핑거를 포함한다. 그러므로, 도전층(2)은 적어도 2개의 분리되고 인터리빙된 부분들을 제공하고, 이들 각각은 전극 중 하나를 형성한다.
다르게는, 유체는 예를 들면, 도전층(2)이 하나의 전극을 제공하는 저항기 또는 전원의 일부를 각각 형성하는 도전성 또는 전해질 유체이다. 도전층(2)은 패터닝되어 유체에 의해 형성된 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극(10)을 제공한다. 대향 전극(10)은 기판의 채널을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다. 도 7을 참조하라.
도 5는 본 발명의 이러한 제1 실시예의 추가적인 양호한 설계를 예시하고 있다. 도 5에 도시된 물품(20)은 추가적으로 도전성 코팅(6)을 포함한다. 도전성 코팅(6)은 채널(4)의 기저 영역에만 제공된다. 예를 들면, 마이크로-복사된 막이 기판(1)으로서 이용되는 경우, 마이크로-복사된 막이 처음으로 금속화된다. 채널 상부는 그 후에 금속화되지 않거나, 예를 들면 전자-밀링으로 제거된다.
채널(4)의 기저 영역 상의 그러한 도전성 코팅(6)은 저항기/전원의 대향 전극, 즉 유체에 의해 형성되는 전극에 대한 대향 전극을 제공한다. 그러므로, 이러한 특정 양호한 설계에 있어서, 물품은 측정가능한 가변 전기적 특성으로서 도전율 및 커패시턴스를 제공한다.
도 5에 도시된 실시예에서, 도전층(2)이 패터닝되어, 도전성 코팅(6)에 의해 형성된 상기 대향 전극과 연관된 복수의 전극(예를 들면, 도 7에 도시된 전극(10))을 제공하고, 이들 전극들은 기판의 채널을 따라 또는 다르게는 기판을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다. 다르게는, 도전성 코팅(6)은 도전층에 의해 형성된 상기 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝된다. 이들 대향 전극들은 기판(1)의 채널(4)을 따라 이동하는 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 제1 대안을 예시하고 있다. 이러한 실시예의 물품(20)은 복수의 채널(4)을 정의하는 마이크로-구조화된 표면을 가지는 기판(1)을 포함한다. 또한, 물품(20)은 기판(1)의 마이크로-구조화된 표면에 인접하여 배치되는 절연층(5)을 포함한다. 도전층(2)은 절연층(5)의 다른 측면 상에서 절연층(5)에 인접하여 제공된다. 또한, 절연층(3)이 제공된다. 본 실시예는 측정가능한 가변 전기적 특성으로서 커패시턴스를 제공한다. 본 실시예에 따르면, 유체는 양호하게는 유전체 유체로서 도전층(2)이 하나의 전극을 제공하는 커패시터의 일부를 형성함으로써, 커패시터의 커패시턴스는 기판(1)의 채널을 통해 이동하는 유체의 진행에 의해 가변된다.
상기 설명된 바와 같이, 채널링된 기판 대신에, 다공성 재료, 심지 재료, 및 흡수성 재료와 같은 다른 재료가 기판(1)으로서 이용되는 것도 본 발명에 포함된다.
본 실시예의 제1 다른 설계에 따르면, 도전층(2)은 커패시터의 대향 전극을 제공한다. 양호하게는, 도전층(2)은 2개의 분리되고 인터리빙된 부분을 제공하도 록 패터닝되고, 이들 각각은 전극들 중 하나를 형성한다. 이것은 참조부호 8이 대향 전극을 나타내고 참조부호 9가 검출 전극을 나타내는 도 4에 도시되어 있다. 이 경우에, 예를 들면, 유체는 좌측(도 4)에서 채널로 유입하고 우측으로 이동한다. 도전층(2)의 검출 전극부 및 대향 전극부의 증가된 커버리지에 따라, 커패시턴스가 변경된다.
이러한 제2 실시예의 제2 다른 설계에 따르면, 유체는 양호하게는, 유전체 유체로서 도전층(2)이 하나의 전극을 제공하는 커패서터의 일부를 형성하고, 도전층(2)은 커패시터의 대향 전극을 제공한다. 양호하게는, 도전층은 상기 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝된다.
제3 다른 설계에 따르면, 물품(20)은 커패시터의 대향 전극을 제공하도록 채널 상에 도전성 코팅(7)을 더 포함한다. 이러한 다른 실시예는 도 6에 도시되어 있다. 양호하게는, 도 6에 도시된 바와 같이, 채널은 도전성 코팅에 의해 완전히 피복된다. 이러한 제3 다른 설계에서, 도전층(2)은 상기 대향 전극(7)과 연관된 복수의 전극(10)을 제공하도록 패터닝되는 것이 바람직하다. 이것은 도전층(2)이 3개의 세그먼트(10)로 패터닝되는 것이 도시되어 있는 도 7에 예시되어 있다.
다르게는, 유체는 유전체 유체로서 도전층(2)이 하나의 전극을 형성하는 커패시터의 일부를 형성하고, 도전성 코팅(7)은 채널 상에 제공된다. 도전성 코팅(7)은 상기 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극(10)을 제공하도록 패터닝된다. 이러한 제4 대안은 도전성 코팅(7)이 본 도면에 도시된 바와 같이 패터닝되는 것을 가정하는 도 7에 도시되어 있다.
양호한 실시예의 상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 측정가능한 가변 전기적 특성을 제공한다. 예를 들면, 가변 커패시턴스는 타이머 또는 시간 및 온도 노출에 기초하여 유체 경로를 따르는 유체의 진행을 나타낸다. 유체가 채널을 따라 진행함에 따라, 커패시턴스 값은 커패시터의 표면 면적의 증가로 인해 변경된다. 도 3 및 6에 도시된 바와 같은 절연층을 가지고 있는 대안에서, "Mylar"라는 표시로 Du Pont Teijin Films에 의해 판매되는 재료와 같이 고도의 절연 재료, 예를 들면 매우 얇은 폴리에스테르 막(PET)이 커패시턴스의 변화에 대한 민감도를 증가시키기 위해 이용되는 것이 바람직하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 양호하게는 ISP 스마트카드 포맷을 이용한다. 양호하게는, 본 발명은 ISO 표준 13.56 MHz RFID 프로토콜을 이용한다. RFID IC(34)는 물품의 문의자(interrogator)에 의해 얻어질 수 있는, 물품과 관련된 정보를 처리하거나 저장하고, 물품의 전극(들) 및 대향 전극(들)에 접속된다. RFID IC(34)는 양호하게는 2개의 추가 컨택트(32) 및 메모리를 구비하는 소형 5비트 A/D 컨버터를 포함하여, RF 판독 프로세스 동안에 온도 이력을 측정한다.
RFID IC(34)는 물품, 즉 디스플레이(28)로의 컨택트에 접속된다. 또한, 양호하게는 물품(20)의 주위를 따라 제공되는 안테나(30)가 RFID IC(34)에 접속된다. 활성화 필드(26)는 도 8에 도시되어 있다.
지시기 내의 유체가 기판의 채널을 따라 이동할 때 발생하는 커패시턴스의 변화는 양호하게는 오실레이터에 대한 튜닝 회로에 이용된다(도 9 참조). 커패시턴스의 변화는 오실레이터의 주파수를 변경시킨다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 물품은 종래 RFID 기술로부터 알려진 타입의 RF 디바이스에서 가변 커패시턴스로서 이용가능하다. 도 9에 도시된 양호한 실시예에서, 일정한 커패시턴스가 본 발명의 물품에 의해 제공되는 가변 커패시턴스에 병렬로 접속된다. 이러한 커패시턴스 회로는 회로가 활성화되는 경우에 펄스 트레인을 생성하는 비교기에 접속된다. 그 주파수가 물품의 가변 커패시턴스에 따라 좌우되는 이러한 펄스 트레인은 카운터로 카운팅된다. 이러한 카운트 값은 표준 RFID 프로토콜의 가용 필드 중 하나에 포함되고, 안테나를 통한 문의에 의해 얻어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 물품은 실제로 물품을 시각적으로 검사할 필요없이 원격으로 그리고 자동적으로 체크될 수 있다. 가변 커패시턴스에 의해 제공되는 정보는 사용자에게 본 발명의 물품을 운반하는 제품의 상태 및 경과된 시간 및/또는 온도 이력에 관한 명백한 표시를 사용자에게 제공한다.
본 발명의 더 간단한 어플리케이션이 도 10에 예시되어 있다. 이러한 예에서, 저항 또는 도전율 각각은 측정가능한 가변 전기적 특성으로서 이용된다. 특히, 양호한 전도 특성을 가지고 있는 유체가 이용된다. 도 10에 도시된 예에서, 물품은 5개의 세그먼트로 분할되거나 세그먼팅된다(예에서, 5개의 세그먼트는 20% 정확도(5비트)를 제공하는 것으로 도시되어 있다). 각 세그먼트에서, 모든 세그먼트에 걸쳐 연장되는 대응하는 대향 전극의 핑거로 인터리빙하는 전극 핑거들이 제공된다. 도 10은 또한 물품이 활성화될 때까지 유체를 저장하는 유체 저장기를 도시하고 있다. 물품의 활성화시, 유체는 제1 세그먼트, 즉 도 10의 제일 좌측 세그먼트에 흘러들어간다. 유체가 채널을 통해 진행함에 따라, "스위치"는 유체에 의 해 닫혀져 시간/온도 진행을 등록한다. 5개의 세그먼트의 다른 전극들은 표준 RFID 인터페이스에 접속되고, 시간/온도 정보는 물품이 안테나를 통해 문의되는 경우에 얻어질 수 있다.
물품의 적절한 활성화를 테스트하기 위해, 제1 세그먼트는 양호하게는 기준 도전체를 포함한다.
도 9에 도시된 예와 비교하여, 도 10의 예는 구현하기가 더 용이하고, 측정된 결과는 물품상의 시각적 표시와 곧바로 상호관련되고, IC에 대한 비용이 작다. 그러나, 비용 단점은 RFID IC 상에서 비트당 하나의 여분 패드가 필요하다는 것이다.
본 발명에 포함되는 하나의 대안에 따르면, 물품은, 물품에 접속가능하고 판독 후 그로부터 제거될 수 있는 접속가능 판독기에 의해 판독된다. 그러므로, 판독기는 복수의 후속 물품에 접속가능하여 하나씩 복수의 물품을 순차적으로 문의할 수 있다.
본 발명의 물품은 수 개의 장점을 제공한다.
첫째, 제품의 ID가 RFID 판독기를 이용하여 문의되는 유통 체인의 각 트랜잭션 포인트에서 시간/온도 저하가 기록가능하다. 온도 위반이 발생하는 장소를 합리적으로 정확하게 위치확인할 수 있다. 이것은 상품의 운송의 개선을 위해 취해져야 할 조치 및 보험 청구에 대한 상세한 정보를 제공한다.
두 번째로, 본 발명의 물품은 종래 시간/온도 지시기에 비해 장점이 있다. 표준 가시적 지시기는 약한 정확도 및 모니터링된 물품과 약한 상관을 가지는 화학 적 프로세스에 기초하고 있다. 표준 대안은 전자 디바이스이다. 그러나, 이들은 가시적 표시를 제공하기 위해 LCD와 같은 전자 디스플레이를 필요로 한다. 그러한 제품은 훨씬 더 비싸고, 무거우며, 손상되기 쉽고, 전기적 전력 공급을 필요로 한다.
마지막으로, 스마트카드 지시기가 고려되는 경우, 본 발명에 따른 바람직한 물품의 배터리의 부재가 특정 장점을 제공한다. 스마트카드 지시기에서, 요구된 배터리는 비용을 크게 증가시키고 카드 두께에 대한 ISO 표준을 충족시키기 어렵게 만든다. 배터리를 이용하는 것은 제품의 모니터링 시간 범위 포텐셜이 배터리 커패시턴스에 의해 제한된다는 것을 의미한다.
본 발명은 그 수개의 실시예를 참조하여 설명되었다. 상기 상세한 설명은 단지 이해의 명료함을 위해 제공되었다. 필요한 제한은 그로부터 이해될 것이다. 다수의 변경은 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고서도 설명되는 실시예에서 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범주는 여기에 설명된 정확한 세부사항 및 구조로 제한되지 않고, 오히려 청구의 범위의 언어에 의해 설명된 구조 및 이들 구조들의 등가물에 의해서 제한된다.

Claims (29)

  1. 물품으로서,
    기판; 및
    상기 물품의 활성화에 의해 유체가 상기 기판에 접촉할 수 있을 때까지 상기 기판으로부터 분리되어 있는 유체
    를 포함하고,
    상기 기판은 상기 유체가 시간 또는 시간과 온도에 의존하는 레이트로 상기 기판을 따라 이동할 수 있도록 되어 있으며,
    상기 물품은 측정가능한 가변 전기적 특성을 제공하도록 구성되며, 상기 가변성은 상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체의 진행에 대응되는 물품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 복수의 채널을 정의하는 마이크로-구조화된 표면을 가지고 있고, 상기 가변성은 상기 채널들을 따라 이동하는 상기 유체의 진행에 대응하는 물품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정가능한 가변 특성은 커패시턴스, 및/또는 도전율, 및/또는 전압인 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 채널들을 따라 이동하는 상기 유체에 의해 접촉될 상기 기판의 표면에 인접하여 배치되는 도전층을 더 포함하는 물품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유체는 도전성/전해질 유체로서 상기 도전층이 하나의 전극을 제공하는 저항기/전원의 일부를 형성하며, 이에 의해 상기 저항기/전원의 저항/전압은 상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체의 진행에 의해 가변되는 물품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도전층은 또한 상기 저항기/전원의 대향 전극을 제공하는 물품.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 유체는 도전성/전해질 유체로서 상기 도전층이 하나의 전극을 제공하는 저항기/전원의 일부를 형성하며, 이에 의해 상기 저항기/전원의 저항/전압은 상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체의 진행에 의해 가변되는 물품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저항기/전원의 상기 대향 전극을 제공하기 위해 상기 채널들의 기저 영 역 상에만 도전 코팅을 더 포함하는 물품.
  9. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체에 의해 접촉될 상기 기판의 표면에 인접하여 배치되는 절연층, 및 상기 절연층의 다른 측면 상에서 상기 절연층에 인접하는 도전층을 더 포함하는 물품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체는 유전체 유체로서 상기 도전층이 하나의 전극을 제공하는 커패시터의 일부를 형성하며, 이에 의해 상기 커패시터의 커패시턴스는 상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체의 진행에 의해 가변되는 물품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도전층은 또한 상기 커패시터의 대향 전극을 제공하는 물품.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체에 의해 접촉될 상기 기판의 표면에 인접하여 배치된 절연층, 및 상기 절연층의 다른 측면 상에서 상기 절연층에 인접하는 도전층을 더 포함하는 물품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유체는 유전체 유체로서 상기 도전층이 하나의 전극을 제공하는 커패시터의 일부를 형성하고, 이에 의해 상기 커패시터의 커패시턴스는 상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체의 진행에 의해 가변되는 물품.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 커패시터의 대향 전극을 제공하기 위해 상기 채널들 상의 도전 코팅을 더 포함하는 물품.
  15. 제6항 또는 제11항에 있어서,
    상기 도전층은, 각각이 상기 전극들 중 하나를 형성하는 2개의 분리되고 인터리빙된 부분들을 제공하도록 패터닝되는 물품.
  16. 제6항 또는 제11항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝되고, 상기 대향 전극들은 상기 기판을 따라 이동하는 상기 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열되는 물품.
  17. 제8항 또는 제14항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 대향 전극과 연관된 복수의 전극을 제공하도록 패터닝되 고, 상기 전극들은 상기 기판의 채널들을 따라 이동하는 상기 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열되는 물품.
  18. 제8항 또는 제14항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 하나의 전극과 연관된 복수의 대향 전극을 제공하도록 패터닝되고, 상기 대향 전극들은 상기 기판의 채널들을 따라 이동하는 상기 유체에 의해 연속적으로 접촉되도록 배열되는 물품.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제공된 가변 전기적 특성을 처리하기 위한 프로세서를 더 포함하는 물품.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서는 무선 주파수 디바이스에 동작가능하게 접속되어 있는 물품.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 점성 유체, 점탄성 유체 및 그 조합의 그룹에서 선택되는 물품.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 유체의 점도는 온도 의존형인 물품.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물품은 타이머인 물품.
  24. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물품은 시간/온도 지시기인 물품.
  25. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 물품과 RFID 판독기의 조합체.
  26. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 물품과 상기 물품이 부착되는 제품의 조합체로서, 상기 물품은 상기 제품의 시간 또는 시간-온도 이력에 관한 정보를 제공하는 조합체.
  27. 지시기가 부착된 물품의 노출을 모니터링하는 방법으로서,
    a) 활성화시 상기 지시기에 의해 제공되는 측정가능한 가변 전기적 특성을 판독하는 단계; 및
    b) 상기 판독된 측정가능한 가변 전기적 특성을 처리하여 물품-특정 노출 특성을 제공하는 단계
    를 포함하는 모니터링 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 단계 a)는 RFID 디바이스를 이용하여 수행되는 모니터링 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 지시기는 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 물품인 모니터링 방법.
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