JP7179264B2 - Icタグ - Google Patents

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Description

本発明は、ICタグに関し、より詳しくは、アンテナパターンにおける抵抗値の分布に変化を持たせたアンテナを有するICタグに関する。
電波を使用して非接触でICチップの情報を読み書きするICタグを使用するRFIDが広範囲に使用されるようになってきている。例えば、種々の物品にICタグを貼付することによる在庫管理などが広く行われるようになってきている。ICタグは、ID情報などを記憶するICチップにアンテナなどを接続した、リーダライタからの電波を受けて動作するタグ型の電子装置である。そのようなICタグに関し、平板アレイアンテナ及びそれを用いた通信端末を使用し、特定の方向に電磁波を集中させて、アンテナの指向性を向上させる面状アレイアンテナ及びそれを用いた通信端末及び無線モジュールに関する技術が存在している(特許文献1)。その技術による平板アレイアンテナは、面内に分布する複数の微小面状導体要素の集合からなり、該面の有する法線を基準とする特定の方位角に関する所定の長さ方向において、前記微小面状導体の分布密度の変化が周期性を持ち、前記微小面状導体の一部が給電点を構成し、前記各微小面状導体がアンテナの放射導体と給電路の機能を備えている。その技術は、アレイアンテナの特性劣化の要因となる給電線からの不要輻射を排除することができ、給電線による所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となるという効果を有するものとされている。しかし、そのようなアレイアンテナを有するICタグであっても、リーダライタからの電波をアンテナで受ける際の全体的な感度を向上させつつ、受けた電波をICチップに伝達する際の反射を抑制することについては考慮されていない。
特許第5086217号公報
従来の技術においては、全体的な感度を向上させつつICチップからの反射を抑制する観点で、アンテナとICチップの間の接続は最適化されていなかった。特に、アンテナ内の位置に応じて抵抗値を変化させることにより、全体的な電気的特性を向上させるというアイディアは存在しなかった。そのため、ICタグの感度の向上や反射の低減などの電気的特性の改善のための余地が存在している。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、以下のような特徴を有している。すなわち本発明は、ICチップと、それに接続された1組のアンテナと、第1基材と、第2接着層と、アンテナの1組の周辺側端部にあるそれぞれの結合領域と一部が上下方向において重なりICチップを中心として周辺方向に伸びるパターンをそれぞれが有する1組の補助アンテナと、第2基材と、を順次積層したICタグにおいて、補助アンテナは、0.1Ω/□以上1kΩ/□以下の表面抵抗率を有し、補助アンテナは、表面抵抗率がICチップに近接する領域より周辺側の領域が低い、ことを特徴とする。本発明は、表紙に第1接着層を配置した表紙部分をICチップの上面にさらに配置し、剥離台紙に第3接着層に配置した台紙部分を第2基材の下面にさらに配置したラベル形態の構成とすることもできる。本発明は、表紙に第1接着層を配置した表紙部分を第2基材の下面にさらに配置し、剥離台紙に第3接着層に配置した台紙部分をICチップの上面にさらに配置したラベル形態の構成とすることもできる。また、本発明は、補助アンテナが導電性インクを固化させることによって形成されるものとすることもできる。本発明は、アンテナが、金属粒子、炭素粒子、カーボンナノチューブ、のいずれかを含む導電粒子を樹脂で固定することによって形成されるものとすることもできる。
本発明は、ICチップと、それに接続された1組のアンテナと、1組の補助アンテナと、第2基材と、を順次積層したICタグにおいて、補助アンテナは、0.1Ω/□以上1kΩ/□以下の表面抵抗率を有し、補助アンテナは、表面抵抗率がICチップに近接する領域より周辺側の領域が低い、という構成を採用したことにより、リーダライタからの電磁波を、アンテナの長手方向の両端である周辺側の領域の表面抵抗率を低くすることによってアンテナの感度を高くすると共に、ICチップに近接する中心側の領域の抵抗を高くすることによって電流を制限し、アンテナからの電流がICチップで反射されることを抑制でき、反射電流を下げて定在波を極小化できる、という効果を有する。
本発明に係る基本的構成のICタグの概略平面図である。 本発明に係る基本的構成のICタグの概略断面図である。 本発明に係るラベル形態のICタグの概略断面図である。
本発明に係るICタグ100は、電波を受けて動作するタグ型の電子装置であり、典型的にはリーダからの電磁波からの電気エネルギーを電源として動作し、電磁波に含まれるコマンドに応答して記憶したID情報を読み出して送信することができる、ICチップ、アンテナ、基材などを積層したタグ型の電子装置である。ICタグ100は、ICタグとしての形状及び動作を有する基本的構成であるが、それの両面に表紙部分及び台紙部分を挟むようにさらに積層して、商品等に貼付可能なラベル形態のICタグ100Aとすることもできる。
図1に、基本的構成のICタグ100の概略平面図を示し、図2に、基本的構成のICタグ100の概略断面図を示す。図2は、図1のA-A’の位置から矢印方向を見た場合の断面を示すA-A’断面図である。図2には、各層を積層する順番が示されているが、断面の形状は概略であって、実際の断面形状を正確に表わすものではない。また、図2において各層の間にある空間は、実際にはその空間の上下の層が密着することによって埋められている場合がある。図2における上側の方向は、ICタグ100を商品に貼付した場合の貼付面と反対の方向であるが、それをICタグ100の上方向と定義し、図2における下側の方向をICタグ100の下方向と定義する。ICタグ100は、典型的には、ICチップ103、アンテナ104、第1基材105、第2接着層106、補助アンテナ107、第2基材108がその順番に積層された基本的構成を有する。
基本的構成のICタグ100の構成を説明する。ICチップ103は、ID情報などを記憶した集積回路のチップであり、そこにコマンドを送ることにより、そのID情報を出力する構成要素である。また、ICチップ103は、好適には、そこにコマンドと書き込みデータを送ることにより、他の情報を記憶したり、ID情報などを書き換えたりすることも可能である。ID情報の出力は、好適には、その情報を含んだ高周波信号として出力され、非接触で送信することが可能である。なお、ICチップ103は、データ記憶に関する機能を有する集積回路と高周波回路とを複合させた回路とすることもできる。ICチップ103は、アンテナ104との電気的接点である、典型的には2個である1組のアンテナ接点(図示せず)を有している。アンテナ接点とアンテナ104とは、ACP(異方性導電ペースト)などで導電的に接着される。ICチップ103は、アンテナ104が受信した電波信号をアンテナ接点を介して取得し、そこから駆動用の電力を得ると共に、その電波信号に含まれるコマンドなどの情報を取得して実行する。そのコマンドがID情報出力のコマンドであれば、ICチップ103は、記憶しているID情報を読み出し、その情報を含んだ高周波を生成してアンテナ接点を介してアンテナ104及び補助アンテナ107から反射波として出力させる。
アンテナ104は、外部のリーダからの電磁波を受信したり、そこに対して反射波を送信するための素子である。アンテナ104は、ICチップ103の下面の1組のアンテナ接点に中心側端部のそれぞれが接触し、ICチップ103を中心として周辺方向に横長に伸び、周辺側のそれぞれの端部に1組の結合領域を有するパターンを有する導電性材料で形成されている。アンテナ104は、典型的には、金属粒子、炭素粒子、カーボンナノチューブなどの導電粒子を樹脂で固定して、所定のパターンの形状及び厚みとすることによって形成される。それらの導電粒子を溶剤で溶かしたレジンや樹脂のバインダー中に練り込んで導電ペーストとし、それを所定のパターンに配置した後に溶剤を蒸発させると導電粒子を所定のパターンに固化させることができる。あるいは、それらの導電粒子を熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂に練り込んで導電ペーストとし、それを所定のパターンに配置した後に熱や紫外線により導電粒子を所定のパターンに固化させることができる。パターンの形成は、印刷やプリンタによるプリントによって簡便に行うことができる。アンテナ104は、典型的には、後述の補助アンテナ107より導電性の高い材料から形成される。アンテナ104は、好適には、半波長ダイポールの一部を形成しており、その場合のパターンは、2つのアンテナ接点のそれぞれを中心側端部として周辺方向に横長(左右)に伸びる1組の線状のパターンである。すなわち、図2において左右からICチップ103の下面に伸びるアンテナ104のパターンは、それぞれがICチップ103の中心部に達する手前に中心側端部を有し、そこでそれぞれがICチップ103の1組のアンテナ接点のそれぞれと接続される。そのパターンの周辺側端部には、ある程度の面積を有する面状パターン(図1では左右に伸びる線状のパターンの端部にある長方形のパターン)の結合領域があり、その結合領域は第1基材105と第2接着層106とを挟んで対向する1組の補助アンテナ107の一部の領域と容量結合している。そして典型的には、アンテナ104と補助アンテナ107とが電気的に一体となって半波長ダイポールを形成している。また、図1に示すパターンでは、左右に伸びる線状のパターンは、結合領域よりやや中心側の位置で下方に分岐しており、左右のそれらの分岐パターンが接続されてループ状のパターンを形成している。このループ状のパターンはインダクタンス成分を有しており、ICチップ103、アンテナ104、補助アンテナ107などを効率よく結合させるための整合回路の一部を形成している。なお、このループ状パターンは必ずしも必須ではない。アンテナ104(及びそれと容量結合した補助アンテナ107)は、典型的には半波長ダイポールであるが、電磁波の送受信が可能な任意のアンテナの構成をとることができる。
第1基材105は、アンテナ104の下面に配置されてそれを平面上に保持するシートである。第1基材105はプラスチックシートなどで構成される。第1基材105は、アンテナ104よりやや大きい長方形状の形状などとすることができる。第2接着層106は、第1基材105の下面に、第1基材を下面の補助アンテナ107や第2基材108との接着のために配置されるシート状の接着剤である。本発明における接着剤は、接着後に固化するものであっても、接着後に固化しないもの(粘着剤)であってもいい。
補助アンテナ107は、第2接着層106の下面に配置され、アンテナ104の周辺側端部にある1組の結合領域のそれぞれと一部が上下方向において重なりICチップ103を中心として周辺方向に伸びるパターンをそれぞれが有する、導電性材料で形成された、1組の面状パターンである。補助アンテナ107がアンテナ104の周辺側端部にある結合領域と上下方向で重なる領域において、それらは容量結合している。補助アンテナ107は、典型的には、アンテナ104と一体となって半波長ダイポールを形成している。補助アンテナ107のパターンの面積は、アンテナ104のパターンの面積よりかなり大きく、ICタグ100の面積の大部分を占めている。このため、補助アンテナ107は効率よく電磁波の送受信を行うことができ、そのような電磁波を容量結合を介してアンテナ104に伝達させることができる。補助アンテナ107は、典型的には、導電性インクを第2基材108上で固化させることによって形成される。導電性インクは、導電粒子を溶剤に溶かしたバインダー中に分散させたものであり、それを所定のパターンに配置した後に溶剤を蒸発させると導電粒子を所定のパターンに固化させることができる。固化後の導電性インクは、アンテナ104を形成する固化後の導電ペーストより導電性がやや劣ってもいいが安価な材料を使用すると好適である。そのためには、例えば、安価な導電粒子を使用したり、バインダーの割合を多くしたりすることができる。導電性インクを使用したパターンの形成は、印刷やプリンタによって簡便に行うことができる。従って、補助アンテナ107を導電性インクの固化により形成すると、広い面積のアンテナパターンを安価かつ簡単に形成できる。アンテナパターンの面積が広いと、ICタグ100の電磁波に対する感度を高くすることができる。補助アンテナ107は、好適には、0.1Ω/□以上1kΩ/□以下(シート抵抗が0.1Ω/sq.以上1kΩ/sq.以下)の表面抵抗率(シート抵抗)を有するように形成される。この範囲の表面抵抗率であれば、電磁波の送受信を問題なく行うことができる一方、安価に形成することが可能である。
補助アンテナ107は、ICタグ100の上下方向から見た場合にはほぼ長方形のパターン形状であるが、それを断面方向から見た場合の厚みは、周辺側の領域がICチップに近接する中心側の領域より厚いプロファイルとなるように形成されている。図1の平面図においては、補助アンテナ107は周辺側の領域の色が濃く、ICチップに近接する領域の色が薄く表現されているが、色が濃いほど厚みが厚いことを示している。図2には、図1におけるA-A’の線から見たアンテナ部分の断面が示されている。なお、図2における断面の形状は概略であって、実際の形状を正確に表わすものではない。ここには、補助アンテナ107の断面は、周辺側の領域が厚くICチップに近接する領域が薄いことが示されている。導電性インクを印刷、プリンタによるプリント後に固化させる場合、エッチングとは異なり、厚みのプロファイルを自由に設定できるために、このような周辺側の領域が厚いプロファイルを容易に形成することができる。すなわち、厚くする箇所にはより多くの導電性インクを印刷又はプリント時に第2基材108上に付着させればよい。印刷は、公知の種々の印刷の手法(凸版印刷、オフセット印刷、オンデマンド印刷など)を使用することができる。印刷において導電性インクの厚みを制御するためには、濃淡を表現する公知の種々の手法を使用できる。例えば、パターンを多数の網点で構成し、それぞれの網点の大きさを制御することなどによって導電性インクに濃淡を付けて印刷することができる。プリンタによるプリントの場合、公知の種々のプリントの手法(インクジェット、熱転写など)を使用することができる。導電性インクの厚みを制御するためには、プリントにおいて濃淡を表現する公知の種々の手法を使用できる。例えば、インクジェットの場合は、単位面積当たりのインクの吐出量を変化させることなどによって、導電性インクに濃淡を付けてプリントすることができる。
補助アンテナ107は、このような周辺側の領域がICチップに近接する領域より厚いプロファイルを有することにより、表面抵抗率(単位幅及び単位長当たりの抵抗)が、ICチップに近接する領域より周辺側の領域が低くなっており、ICチップに近接する領域より周辺側の領域に電流が流れやすくなっている。周辺側の領域の表面抵抗率はICチップに近接する領域の表面抵抗率より10%以上低いと好適である。ICタグ100がリーダライタからの電磁波を受けた場合、面積の大きい補助アンテナ107に主な電荷が誘導され、それがアンテナ104を経由してICチップ103に伝達される。ここで、まず、補助アンテナ107とアンテナ104を含むアンテナ全体の長手方向の両端は、補助アンテナ107の周辺側の領域であるが、そこの表面抵抗値は小さくなっているため、受信した電磁波を効率よく電荷に転換できることとなる。そして、補助アンテナ107、アンテナ104、ICチップ103の間のインピーダンス整合は必ずしも完全でないため、それの接続部におけるインピーダンスの不連続により、反射が生じる。補助アンテナ107の表面抵抗率が位置によって変化せず、一定の場合は、補助アンテナ107に誘導された電荷による電流が、そのままICチップ103に流れ込もうとする。そうすると、反射は電流の値に比例すると考えられるため、インピーダンスの不連続部において、その電流の値に応じた反射が生じる。これは、反射波による悪影響を生じさせる可能性がある。しかし、補助アンテナ107がこのような周辺側の領域が厚くICチップに近接する領域が薄いようなプロファイルを有するように構成することによって、リーダライタからの電磁波を受けて補助アンテナ107に電荷が誘導された場合に、インピーダンスの不連続部付近の抵抗が大きくなるため、そこには大きな電流が流れにくくなる。その結果として、補助アンテナ107、アンテナ104、ICチップ103の間の接続部における反射が発生しにくくなり、反射に起因する悪影響を低減できることとなる。このように、補助アンテナ107の表面抵抗率がICチップに近接する領域より周辺側の領域が低いように構成することによって、アンテナ全体の両端付近に電荷が誘導されやすくすることによりアンテナ全体の感度を高くしながら、接続部に流れる電流を制限することにより反射を抑制し、反射による悪影響を抑制することが可能となる。
第2基材108は、補助アンテナ107の下面に配置されてそれを平面上に保持するシートである。第2基材108はプラスチックシートなどで構成される。第2基材108は、上下方向から見た場合のICタグ100と実質的に同じ形状及び面積の長方形状の形状である。ICチップ103から第2基材108までが上述の順番で積層されることによって、基本的構成のICタグ100が形成される。
次に、ラベル形態のICタグ100Aについて説明する。ICタグ100を、商品に接着可能なラベルの形態とする場合には、上述のICチップ103から第2基材108までが積層された基本的構成に対して、さらに、それの上面に上方向から見て表紙101と第1接着層102とからなる表紙部分を積層し、それの下面に上方向から見て第3接着層109と剥離台紙110とからなる台紙部分を積層することによって、ラベル形態のための追加的積層がなされる。
図3には、ラベル形態のICタグ100Aの概略断面図が示されている。図3には、各層を積層する順番が示されているが、断面の形状は概略であって、実際の断面形状を正確に表わすものではない。また、図3において各層の間にある空間は、実際にはその空間の上下の層が密着することによって埋められている場合がある。基本的構成のICタグ100に対して、表紙101に第1接着層102を配置した表紙部分と剥離台紙110に第3接着層109に配置した台紙部分とで挟むように追加的積層を行うことにより、ICタグ100Aは、表紙101、第1接着層102、ICチップ103、アンテナ104、第1基材105、第2接着層106、補助アンテナ107、第2基材108、第3接着層109、剥離台紙110がその順番に積層された構成(あるいは、ICチップ103から第2基材108までの基本的構成のICタグ100の部分に対して表紙部分と台紙部分の上下を逆にして、剥離台紙110、第3接着層109、ICチップ103、アンテナ104、第1基材105、第2接着層106、補助アンテナ107、第2基材108、第1接着層102、表紙101)とがその順番に積層された構成を有している。この構成では、商品等に貼付可能なラベル形態のICタグとして機能させることができる。
具体的には、ICチップ103の上面に、ICチップ103をそれより面積の大きいアンテナ104、第1基材105、補助アンテナ107、第2基材108などの上面と共に表紙101と接着するための第1接着層102が配置される。そして、表紙101が第1接着層102によって最上面に接着される。表紙101は、紙、あるいはプラスチックシートなどであり、ラベルの形態のICタグ100の最上面で内部を保護する表面となる。表紙101及び第1接着層102は、上下方向から見た場合のICタグ100の形状と実質的に同じ形状である。表紙101が第1接着層102によって、ICチップ103、アンテナ104、第1基材105、補助アンテナ107、第2基材108などの上面と接着されることによって、ICチップ103、アンテナ104、第1基材105、補助アンテナ107などをパウチ状に封入して、内部を保護する。
さらに、第2基材108の下面に、第2基材108を下面の剥離台紙110と剥離可能に接着するために配置されるシート状の接着剤である第3接着層109が配置される。そして、剥離台紙110が第3接着層109によって最下面に剥離可能に接着される。第3接着層は、接着後に固化しない粘着剤であり、剥離台紙110を剥がした後に、商品などに接着することができる。剥離台紙110は、ラベル形態のICタグ100を剥離可能に保持する、剥離剤をコーティングした台紙であり、ICタグ100が商品に貼付される際に剥がされて廃棄されるものである。剥離台紙110はICタグ100の上下方向から見た形状より大きくてもよく、例えば、テープ状やシート状になっており、その上に複数のICタグ100を保持するような形状でもよい。このようにして、剥離台紙110から剥がした後に商品等に貼付可能なラベル形態のICタグ100Aが構成される。
なお、ICタグ100に対して表紙部分と台紙部分の上下を逆とした構成のICタグ100Aの場合は、ICチップ103の上面に、ICチップ103をそれより面積の大きいアンテナ104、第1基材105、補助アンテナ107、第2基材108などの上面と共に剥離台紙110と剥離可能に接着するために配置されるシート状の接着剤である第3接着層109が配置され、さらに剥離台紙110が第3接着層109によって最上面に剥離可能に接着され、そして、第2基材108の下面に、表紙101と接着するための第1接着層102が配置され、さらに表紙101が最下面に配置される。
本発明は、RFIDで使用されるICタグやラベル形態のICタグの感度や反射などの電気的特性を高めることができ、それらに好適に適用することができる。
100 :ICタグ(基本的構成)
100A:ICタグ(ラベル形態)
101 :表紙
102 :第1接着層
103 :ICチップ
104 :アンテナ
105 :第1基材
106 :第2接着層
107 :補助アンテナ
108 :第2基材
109 :第3接着層
110 :剥離台紙

Claims (5)

  1. ICチップと、
    前記ICチップの下面の1組のアンテナ接点に中心側端部のそれぞれが接触し前記ICチップを中心として周辺方向に横長に伸び、周辺側端部のそれぞれに1組の結合領域を有するパターンを有する導電性材料で形成されたアンテナと、
    前記アンテナの下面に配置され、前記アンテナを保持する第1基材と、
    前記第1基材の下面に接着のために配置される第2接着層と、
    前記第2接着層の下面に配置され、前記アンテナの前記結合領域のそれぞれと一部が上下方向において重なり前記ICチップを中心として周辺方向に伸びるパターンをそれぞれが有する、導電性材料で形成された1組の補助アンテナと、
    前記補助アンテナの下面に配置され、前記補助アンテナを保持する第2基材と、を積層したICタグであって、
    前記補助アンテナは、0.1Ω/□以上1kΩ/□以下の表面抵抗率を有し、
    前記補助アンテナは、表面抵抗率が、前記ICチップに近接する領域より周辺側の領域が低い、
    ことを特徴とするICタグ。
  2. 前記ICチップの上面に接着のために配置される第1接着層と、
    前記第1接着層の上面に配置される表紙と、
    前記第2基材の下面に接着のために配置される第3接着層と、
    前記第3接着層の下面に配置され、前記第3接着層に剥離可能に接着される剥離台紙と、がさらに積層され、ラベル形態に構成された、請求項1に記載のICタグ。
  3. 前記ICチップの上面に接着のために配置される第3接着層と、
    前記第3接着層の上面に配置され、前記第3接着層に剥離可能に接着される剥離台紙と、
    前記第2基材の下面に接着のために配置される第1接着層と、
    前記第1接着層の下面に配置される表紙と、がさらに積層され、ラベル形態に構成された、請求項1に記載のICタグ。
  4. 前記補助アンテナは、導電性インクを固化させることによって形成されるものである、請求項1から3のいずれか1項に記載のICタグ。
  5. 前記アンテナは、金属粒子、炭素粒子、カーボンナノチューブ、のいずれかを含む導電粒子を樹脂で固定することによって形成されるものである、請求項1から4のいずれか1項に記載のICタグ。
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