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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  印刷業的新契機:RFID 與印刷電子
  那福忠 May 20, 2005
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    RFID (Radio Frequency Identification),以無線電頻率傳送識別資訊的電子標籤,這陣子被美國的大賣場 Wal-Mart 與美國國防部炒的滾熱,Wal-Mart 與國防部要求他們的供應商,送貨的時候要在盒子上貼電子標籤,以便於電子掃瞄追蹤流向,節省人力的盤點。以後普遍使用,每樣東西都貼上標籤,在超級市場買了一車東西,推到出口已經被無線電掃描器算帳完成,如果信用卡也貼有同樣的標籤,就自動結帳、走出大門。到了那一天,大小商店的店員,恐怕要另覓高就了。

   買東西自動結帳,也許還沒有這麼快,卻已經有反對組織了,買了一件有電子標籤的衣服穿在身上,只要走到有掃描器的地方,就自動記錄一筆,個人隱私蕩然無存。撇開這些細節,一般大眾對 RFID 的技術了解的並不多,而大多數的印刷業者,可能更不知道這是個龐大的潛在商機。不錯,RFID 是電子裝置,但電子部分極為簡單,僅是一個晶片加天線,但大量高速的製作、自動黏貼在商品上,其製程更似印刷,何況天線可以用導電的油墨印製,比電子廠製作的成本大幅度降低。印刷電子 (Printed Electronics), 讓印刷業多了一條創新的路線。

   市場有多大?英國的預估是,今天是 15 億美元,2007 年成長為 40 億美元,2013 年為 100 億美元。電子標籤的數量,今天是 20 億個,2013 年極增到 500 億個。美國的預估也類似,每年以 43% 的成長速度,到 2007 年為 47 億美元,其中含半主動式 (Semi-active) 本身帶有電池的標籤 16 億美元。市場夠大,只不過現在還不知道,有多少標籤可以用印刷機印製,替代腐蝕金屬的傳統電子製造方式。

   RFID 的發展,目前有兩大問題要解決,一是標準、一是成本。全球產品電子編碼組織 EPCGlobal,最近推出的 RFID CLass 1(可以讀寫、Class 0 為唯讀)標準,從頻率與能量的規定上看,可望成為 ISO 標準。至於成本,現在每一標籤是 0.2 至 5 美元,據 MIT 麻省理工學院的估算,降到 5 美分,才會用到盒裝的商品上,降到 1 美分,才會普遍貼到每一個別商品上。在這以前,RFID 應會先用在貴重商品上,向光碟、香水、香菸,以及需警示的如藥品、內含毒性的商品等。讓成本下降,印刷的大量製造能量,與自動化的流程,大家初步認為有很大的潛力。

   一個 RFID 系統,至少有三樣東西,標籤、掃瞄閱讀器、與處理資料的電腦。,標籤是一個存有識別資料的小晶片、連接一個天線,掃瞄閱讀器發出信號,標籤即回應晶片裡的資料,然後傳回主機電腦處理。標籤與閱讀器之間,用無線電頻率傳送信號,RFID 的名稱由此而來,頻率有好幾種可用,低頻 (LF 125KHz)、高頻 (HF 13.56MHz)、超高頻 (UHF 900MHz)、與微波 (Microwave 2.45GHz 或 5.8GHz),各有各的特性與用途。低頻傳輸能量小、傳送資料有限、距離也近,但穿透力強;高頻雖然傳輸能量大,但容易被金屬隔絕,像 UHF 信號遇到罐裝飲料,就會被液體吸收、然後彈回。

   標籤有被動 (Passive) 與主動 (Active) 之分,被動標籤本身沒有能源,藉閱讀器發出信號的電場或磁場,產生微量的電流,供給晶片把資料從天線傳出去。主動標籤自己帶有電源,所以接到閱讀氣的詢問,能更準確有力的把晶片資料傳送出來,一般稱之為半主動性 (Semi-Active);真正全主動的標籤,多有特殊功用,像放在室外的感應器,隨時把溫度、壓力的變化回報,或是製藥工廠,哪一桶原料打開後自動回報。有人用昂貴的條碼來解釋 RFID,並不恰當,RFID 與條碼的區別,除了自動閱讀與人工掃瞄之外,RFID 記錄個別的識別資料,條碼僅能記錄類別的資料,同一類的商品條碼都一樣,RFID 則每個不同。

   RFID 目前仍用傳統的電子製造方式,用銅製作一個帶有天線的印刷電路板,然後把晶片裝上,與天線連接。這樣的製程,不但太慢、腐蝕銅製造污染,而且成本太高,所以天線的印製,傾向採用以銀或碳製成的導電油墨,美國密西根州 Ann Arbor 的 Flint 油墨公司,就專門製造這種導電油墨。其子公司 Precisia,試著以網版、平版、凹版、彈性版各種不同印刷機,以導電油墨高速列印天線,每分鐘可以列印 2000 呎,然後再用裝訂設備把晶片貼上去,這就把印刷工廠轉換成了電子工廠。

   位於芝加哥的 Graphics Solution 國際公司,專門印製各種標籤,已經研究 RFID 十年了,學習了不少經驗,除了標籤,還印製天線、導電器材、以及有機電激發光顯示器 (Electroluminescence Display)。這家公司最近與以色列 Power Paper 公司合作,使主動類的 RFID 延長壽命到五年。Power Paper 製造如紙張一般的超薄電池,一吋見方可產生 1.5V 30mA 的電力,且可延續多年不衰,RFID 標籤就印在這張「紙電池」上立即成為主動性的標籤。

   這幾家印刷業者轉向電子業,並不如想像的容易,最大的困難是對電子之事的缺乏。一般的電子知識,在電子工廠普遍認知,在印刷廠則不然,所以要不斷學習、實驗,才能慢慢轉型過來。至於印刷業者真的要踏入印刷電子的領域?恐怕是見仁見智。不過從研究機構不斷的投入資金,必然有其遠景,而且 RFID 可能僅僅是開始。印自衣服上的激發光顯示器,可以不停的改變衣服上的影像;藥瓶上顯示你忘了吃藥;或者像電影「關鍵報告」裡的報紙,印有會活動的影像。

   印刷業者要不要踏入印刷電子的領域?你自己決定吧。

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