JP2023172932A - 電磁波減衰フィルム - Google Patents
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Abstract
Description
加えて、重ね合わせた部位の経時劣化に伴う素子間の位置ずれにより周波数特性や角度特性の変化も懸念される。加えて工程面やコスト面からも素子を設けた基材の枚数が増えることは好ましくない。
本発明は、このような従来の問題を解決し、吸収ピーク周波数のずれや経時での周波数特性、角度特性の変化の少ない電磁波減衰フィルムを簡便かつ低コストで得ることを目的とする。
図1は、本発明の第一実施形態に係る電磁波減衰フィルム1を示す模式平面図である。図2は、図1のI-I線における断面の一部を示す模式図である。例えばI-I線上のαとβの間の断面である。
また、電磁波減衰フィルムで減衰される電磁波が単一の極小値となる周波数fを有する場合、この周波数fを、減衰中心周波数fとする。また、電磁波減衰フィルムで減衰される電磁波が複数の極小値を有する場合は、最も減衰の大きい極小値から-3dBとなる複数の周波数の平均値の周波数を減衰中心周波数とする。減衰中心波長は、誘電体基材とサポート層中の光速を後述の減衰中心周波数fで除したものとできる。
また、電磁波減衰フィルム1は、空気とのインピーダンス整合を図り、シートの耐候性を高めるためのトップコート層200(後述)を備えていてもよい。
図2に示す通り、電磁波減衰基体20は、誘電体基材10の前面10a及び背面10bに薄膜導電層30、31を配置した構成となっている。
誘電体基材10を構成する材料の代表例は合成樹脂である。合成樹脂の種類は、絶縁性とともに十分な強度、可撓性及び加工性を有する限り特に制限されない。この合成樹脂は熱可塑樹脂とできる。合成樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル;ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン等が挙げられるがこれに限定されるものではない。これらの材料を単体で用いてもよいし、2種類以上混合させても、積層体としてもよい。また、誘電体基材10は、導電性粒子、絶縁性粒子、磁性粒子、または、その混合を含有してもよい。
電磁波減衰基体20を形成するために、誘電体基材10の両面にアンカー層、接着層を介し薄膜導電層30、31を形成した積層体を用いてもよい。
また誘電体基材10は7000MPa・mm4以下の曲げ剛性を有する。
平板インダクタ50は、導電性の化合物としてもよい。さらに平板インダクタ50は、連続面でもよいし、メッシュ状、パッチ等のパターンを有していてもよい。
薄膜導電層30、31の厚さは、10nm以上、1000nm以下とできる。10nm未満であると、電磁波を減衰させる機能が低下する可能性がある。1000nmを超えると、生産性が落ちる可能性がある。
平板インダクタ50は鋳物、圧延金属板、金属箔、蒸着膜、スパッタ膜およびめっきとできる。圧延金属板の厚さは、0.1mm以上5mm以下とできる。金属箔の厚さは5μm以上100μm未満とできる。平板インダクタ50が蒸着膜、スパッタ膜およびメッキ膜の場合は、0.5μm以上、5mm未満とできる。平板インダクタ50の厚さは、0.5μm~5mmとできる。また、平板インダクタ50が鋳物の場合は、厚さは特定されないが、最大寸法が10mm以上のものとできる。また、平板インダクタ50の厚さは、減衰中心波長により求められる表皮深さ以上とできる。また、平板インダクタ50の厚さは、薄膜導電層30、31の厚さより厚くできる。
薄膜導電層30、31と平板インダクタ50の材質は、同じ金属種とすることができる。この同じ金属種は、同じ純金属か同じ金属の合金(例えば、双方ともアルミニウム合金)とするか、薄膜導電層30、31を純金属とし平板インダクタ50を薄膜導電層30の金属の合金としてもよい。また、薄膜導電層30、31と平板インダクタ50の材質は、異なる金属種としてもよい。
図4は、平板インダクタをメッシュ状に形成した場合の断面図である。平板インダクタ50をメッシュ状とする場合、透光性、透湿性が得られると考えられる。透湿性を持つことにより、例えば壁紙等と貼合する際に使用する粘着剤に環境に配慮した水系の粘着剤を使用する場合でも水分の透過性が高く扱いが容易になるなどのメリットが考えられる。
また図6は、導電素子の平面視形状の組み合わせの例を示す模式図である。大きさの異なるもの同士の組み合わせでもよく、さらに、単一形状でも複数形状の組み合わせでもよい。
つまり、電磁波減衰フィルムで捕捉された電磁波のエネルギーは、一部は、熱のエネルギーに変換され、残りは再放出すると考えらえる。また、マクスウェル方程式等で表される古典的な電磁気の理論によれば、誘導される交流電流の周波数は入射波と同じ周波数となるため、再放出される電磁波の周波数は、入射波の周波数と同じとなる。その結果、入射波と同じ周波数の電磁波が再放出される。また、振動する電磁場を量子として考えた場合、量子がエネルギーを失い、よりエネルギーの低い長波長の電磁波が再放出されることも考えられる。また、再放出は、入射した電磁波による誘導放出と自然放出があると考えられる。誘導放出は、入射波の反射方向、すなわち鏡面反射方向に入射波が反射する反射波とコヒーレントな電磁波が放出されると考えられる。自然放出は時間とともに減衰すると考えられる。また、自然放出の空間分布は、電磁波減衰フィルムが回折構造、干渉構造、屈折構造を有していない場合は、ランバート反射に近いと考えられる。
減衰中心波長は、導電素子30、31の面方向における寸法W1(図7参照。以下、「幅W1」と称することがある。)と相関する。図7は、導電素子の寸法と減衰される電磁波の波長との関係を示すグラフである。図7においてW1は正方形の一辺の長さを表す。 すなわち、第一のメカニズムにより好適に減衰される電磁波の波長は、寸法W1を変更することにより変更でき、電磁波減衰フィルム1においては、電磁波の減衰を自由度高くかつ簡便に設定できる。したがって、容易に15GHz以上、150GHz以下の帯域における直線偏波の電磁波を捕捉可能な構成とすることができる。
薄膜導電層に含まれる複数の導電素子は、寸法W1の異なるものが複数種類配置されてもよい。この場合、それぞれの電磁波の減衰ピークが重ね合わされ、減衰できる電磁波を広帯域化できる。
また、磁束は、この閉じ込められた電場の周期的な変動によっても、誘導されると考えられる。これにより振動する電磁場が集積し、電磁場のエネルギー密度が高まる。一般的に、エネルギー密度が高いほど減衰しやすいため、このメカニズムにより電磁波は効率よく減衰される。また、第二のメカニズムでは、誘電体基材10、サポート層11の誘電正接が高いほど、誘電体基材内に蓄積された電磁場のエネルギー損失が大きくなる。また、誘電体基材に集積した磁場は、導電素子に大きな電流を伴い、誘電体基材に集積した電場は大きな電位差を生じる。大きな電流と大きな電位差によりその積である電力損失を大きくすることができる。電力損失として、電磁波のエネルギーを消費し、その結果、電磁波が減衰する。
静電容量は誘電体基材10、サポート層11の厚さに反比例するため、この観点からは、誘電体基材10、サポート層11の厚さは薄いほうがより好ましい。また、薄膜導電層30、31と平板インダクタ50との距離は誘電体基材10、サポート層11の厚さで定まるため、薄膜導電層30、31と平板インダクタ50との間の電気抵抗は、誘電体基材10、サポート層11の厚さに比例する。誘電体基材10、サポート層11の抵抗が小さいと誘電体基材10、サポート層11でのリーク電流は増大し、薄膜導電層30と平板インダクタ50とのコンデンサを含む電気回路に流れる電流は増加する。このため、リーク電流による電力損失を増大しやすく、電力損失により電磁波のエネルギーを吸収しやすい。また、本発明の実施形態の電磁波減衰フィルム1では、導電素子が配置された箇所の誘電体基材10、サポート層11の厚さを変更しても減衰する電磁場の波長はシフトしないため、コンデンサを含む電気回路の特性に合わせて、誘電体基材10、サポート層11の厚さを設計可能である。
l≦5.2a…(1)
図9は、前面の導電素子と背面の導電素子の距離の別の例に関する電界強度のシミュレーション結果を示す画像である。lを4aより大きい5aとして導電素子を配置すると、電磁波を減衰させることは可能ではあるが、図9に示すように前面の導電素子と背面の導電素子は独立して共振し、前面と背面の導電素子の共振が結合することがなくなり、前面と背面に導電素子を配置する効果が薄れる。さらに、lが5.2a以上になり前面と背面の導電素子の距離が大きく離れると、目標の周波数において電磁波を減衰させることが難しくなる。
図10は、本発明の第一実施形態の応用形態に係る電磁波減衰フィルムを示す模式平面図である。図10(a)は全体平面図であり、図10(b)は部分平面図である。本応用形態においては複数の前面の導電素子30と背面の導電素子31が市松状に配置されており、前面と背面の導電素子のサイズが異なるように設計されている。図10(a)には前面および背面の導電素子における重心の平面方向の距離lと、背面または前面の導電素子の重心からプレート端部までの最短距離a、a‘が示されている。図10(a)において背面の導電素子(または前面の導電素子)のサイズというときはa(またはa’)を代表的なパラメータとすることが可能であるが、これに限られるものではなく、例えば面積でもよい。また本応用形態においては、前面または背面の導電素子の中で重心からプレート端部までの最短距離が最も大きい値が式(1)を満たすように配置すればよい。図10(b)は前面および背面の導電素子におけるスペース(s)を示している。その他の構成は第一実施形態と同様であるので説明は省略する。
これは電磁波が入射する前面に大きい方のサイズの導電素子を形成すると、共振によって低周波側電磁波の減衰に寄与する反面、高周波側電磁波に対しては、インピーダンス整合が取れず、反射板として反射を増加させてしまい、結果として減衰特性が悪化することが要因として考えられる。一方デュアルバンドの吸収ピーク周波数が近接した場合は前面と背面の導電素子のサイズの大小関係の違いで減衰特性に大きな差はみられなかった。なお前面と背面の導電素子を市松状に配置することは、周波数間のカップリングを抑え、それぞれの導電素子の共振する周波数を制御しやすくなるため、デュアルバンドの特性を高めるうえで望ましいがこの配置に限られるものではない。
なお、導電素子に黒化層が備えられる場合、導電素子と黒化層を合わせた厚さが1000nm以下であれば、安定した成膜が可能である。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 0 …(2)
また、導電素子にアドミタンスが低い金属を用いた場合は、下記式(3)の範囲でも電磁波の減衰が得られる。また、導電素子の面積が誘電体基材の前面に占める割合が大きい場合、下記式(3)の範囲でも、電磁波の減衰が得られる。この面積比が大きい場合とする、導電素子の面積が誘電体基材の前面に占める割合は50%以上、90%以下とできる。
0 < ln(T/d) ≦ 1 …(3)
式(2)および式(3)を踏まえると、下記式(4)の範囲において、電磁波の減衰を得ることができる。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 1 …(4)
なお、本発明の実施形態では、この表皮深さは、減衰中心周波数fを用いて算出できる。つまり、減衰中心周波数fを用いると、表皮深さdは、周知のとおり下記式(5)のように計算される。
また、導電素子と平板インダクタの間の誘電体基材の電場は、導電素子と平板インダクタを引き付ける。電場が周期的に変動している場合は、導電素子に引き付ける力も周期的に変動する。そのため、導電素子と平板インダクタの間の誘電体基材の電場は、導電素子を振動させる。この振動のエネルギーは熱に変換されて損失する。このため、電磁場が導電素子に作用する力学も電磁波の減衰に寄与すると考えられる。
また、電磁場の進行しない周期的な変動を、量子として捉えた場合には、運動量がゼロの状態として電磁場に束縛され量子が捕捉されている状態にあると考えることができる。加えて導電素子の厚さが数百nmのレベルとなるため、導電素子内のエネルギー準位に影響を及ぼす可能性も考えられる。
このように、本発明の実施形態での現象に対する解釈は、古典的電磁としての解釈に加えて、古典力学や量子力学としての解釈も可能である。
そのため、式(4)を解釈するにあり、当該範囲は合理的に定められているが、すべての物理現象を加味し厳格に算出された範囲ではない。したがって、対象となる製品が上記式の範囲に該当するかを判断する場合には、発現している物理現象を考慮し解釈することが適切だと言える。
なお、従来技術において、表皮深さ程度から表皮深さより薄い導体を使用する例は、通常みられない。そのため、本発明の実施形態は、ミリ波帯での電磁波との相互作用のメカニズムそのものが従来とは異なると考えられる。
本発明の第二実施形態について、図12、図13を参照して説明する。第二実施形態は、導電素子の配置において第一実施形態と異なる。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。第二実施形態においても、上述の第一、第二、第三のそれぞれのメカニズムは発現していると考えられる。
電磁波減衰フィルム61は、誘電体基材62と、複数の導電素子30A、31Aと、平板インダクタ50とを備えている。導電素子30A、31Aの厚さは1000nm以下とできる。
サポート層11の背面には、平板インダクタ50が設けられているが、サポート層11背面と平板インダクタ50との間に接着層が設けられてもよい。接着層および平板インダクタ50は、第一実施形態と同じ材質、同じ製法で形成できる。
前面と背面の導電素子の重心の平面方向の距離lと導電素子の重心からプレート端部までの最短距離をaとの関係が下記式(6)を満たすとき、前面と背面の導電素子は平面方向に重なり、下記式(8)で示されるキャパシタンスCが増大し共振周波数は低周波数域にシフトする。このことにより前面と背面の導電素子を平面方向に重ねて配置する箇所と、重ねない箇所を1平面上に混在させることにより、導電素子の寸法を変化させることなく、多周波数に減衰を持つ電磁波減衰フィルムを作成することが可能となる。
l<2a…(6)
l≧2a…(7)
ω0=1/sqrt(LC)…(8)
ω0:共振周波数
L:リアクタンス
C:キャパシタンス
さらに、前面と背面の導電素子を平面方向に重ねて配置する組み合わせと、重ねない組み合わせを1平面上に混在させる比率や、前面と背面の導電素子を平面方向に重ねる面積比を調整することで、電磁波が減衰する周波数を制御し、広帯域に減衰したり、多周波数にある特定の周波数だけを減衰させる減衰ピークを有する電磁波減衰フィルムを作成することができる。混在させる比率の算出方法は特に限定されないが、例えば式(6)を満たす組み合わせの数と式(7)を満たす組み合わせの数の比率から算出することも可能である。なお、図12に示されるように、隣接する前面の導電素子同士または背面の導電素子同士が互いに重なることもあり得るが、組み合わせの算出においては独立した導電素子として扱ってよい。
本発明の実施形態において、薄膜導電層の周りに黒化処理を施して、黒化層を設けてもよい。
図14は、黒化層を設けた場合の図1のI-I線における断面の一部を示す一例の模式図である。図14に示す通り薄膜導電層30の前面に黒化層32、側面に黒化層33、薄膜導電層31の背面に黒化層34、側面に黒化層35を設けてもよい。
また、図15は、黒化層を設けた場合の図1のI-I線における断面の一部を示す別の例の模式図である。図15に示す通り、誘電体基材10に薄膜導電層30、31を形成する前に黒化層を形成し、その後薄膜導電層を形成しエッチングなどにより黒化層と薄膜導電層を同一の寸法にパターニングし、薄膜導電層30、31と誘電体基材10の間に黒化層36、37を設け、薄膜導電層30の前面に黒化層32、側面に黒化層33、薄膜導電層31の背面に黒化層34、側面に黒化層35を設けてもよい。
また、図16は、黒化層を設けた場合の図1のI-I線における断面の一部を示す別の例の模式図である。図16に示す通り、誘電体基材10に薄膜導電層30、31を形成する前に、粘着層13を介して黒化層を形成し、その後薄膜導電層を形成しエッチングなどにより粘着層、黒化層と薄膜導電層を同一の寸法にパターニングし、薄膜導電層30、31と誘電体基材10の間に粘着層13、黒化層36、37を設け、薄膜導電層30の前面に黒化層32、側面に黒化層33、薄膜導電層31の背面に黒化層34、側面に黒化層35を設けてもよい。
前記黒化処理は硫化黒化処理、置換黒化処理のいずれか一方を施し、黒化層を形成してよい。このような黒化層を導電素子の表面に形成することで、導電素子の抵抗値の上昇を抑制したり、金属光沢を抑えて視認性を改善するなどの効果が得られる。また、誘電体基材10の表面に黒化層を設けたり粘着層13を介して黒化層を設けたのち薄膜層を積層させた多層導電体層をエッチングすることで導電素子を形成することができる。このような黒化層を誘電体基材と導電素子の間に形成することで誘電体基材への導電素子の密着性を向上させることが可能となる。黒化層の厚みは200nm以下であることが好ましい。200nm以上であると生産性が低下する可能性がある。また、黒化層の表面粗さはRa0.5μm以上である。
本発明の電磁波減衰フィルムにトップコート層200を貼り合せる際は、薄膜導電体層30との間に気泡等が入らないように貼り合せることにより、所望する電磁波減衰特性を維持することが出来る。
このように、意匠性を付与することによって、本発明の電磁波減衰フィルムを建装材として用いた場合に、色合いや風合いの雰囲気を空間との調和させることが可能となる。
電磁波減衰フィルム1の製造方法の一例について説明する。
本発明の各実施形態について、実施例を用いてさらに説明する。図18は、実施例1~6に示す電磁波減衰フィルムの断面の一部を示す模式図である。l、l1は誘電体基材前面と背面の導電素子の重心間の距離、a、a1、a2は導電素子の重心からプレート端部までの距離、tは誘電体基材膜厚、tsはサポート層膜厚、tmは薄膜導電層膜厚、tmbは平板インダクタ膜厚、hはトップコート層膜厚を示す。なお、実施例1~7においては導電素子は同一形状、同一寸法であることからa、a1、a2は等しい。
図1に示される第一実施形態のように同一形状の導電素子が一様に配置されている場合は、lはl1に等しい。一方、図12に示される第二実施形態のように導電素子同士の距離が異なるものが混在している場合は、lとl1は異なる値をとる。実施例1~6の電磁波減衰フィルムの構造を表1に示した。実施例1~5は第一実施形態の実施例に、実施例6は第二実施形態の実施例に該当する。
実施例1~4にかかる電磁波減衰フィルムを作製する共通の製造方法に関し説明する。厚みが50μmのPETシート両面に銅層をスパッタリングにて膜厚500nm形成した。次いで、銅層を洗浄した後に、ドライレジストフィルムをPETシート両面の銅層上にラミメートした。その後プレート状パターンを有するフォトマスクを介して両面同時に露光し、その後、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムとの混合アルカリ水溶液によってアクリル系ネガレジスト層を両面同時に現像し不要なレジストを除去することによって下地の薄膜導電層の一部を露出させた。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層を得た。以上が第一実施形態に係る実施例5の製造手順である。
実施例7にかかる電磁波減衰フィルムを作製する製造方法に関し説明する。実施例1~4と同様の製造手順で誘電体基材の前面及び背面に薄膜導電層を形成し背面の薄膜導電層側に粘着層を介してサポート層を形成した。その後サポート層の背面に粘着層を介して、片側にエッチングにて形成した膜厚500nmの銅パターンを有するメッシュ状平板インダクタを、銅パターン側をサポート層側に配置し、ラミネートすることで形成した。その際のメッシュ状銅パターンのピッチは0.44mm、銅パターンの線幅を0.085mmとした。
実施例8~10にかかる電磁波減衰フィルムを作製する製造方法は実施例1~4と同様の製造手順で誘電体基材の前面及び背面に薄膜導電層を形成し背面の薄膜導電層側に粘着層を介してサポート層を形成した。サポート層背面に粘着層を介して膜厚50nmのアルミ箔をラミネートすることで平板インダクタを形成した。
実施例11~15にかかる電磁波減衰フィルムを作製する製造方法は実施例1~4と同様の製造手順で誘電体基材の前面及び背面に薄膜導電層を形成し背面の薄膜導電層側に粘着層を介してサポート層を形成した。サポート層背面に粘着層を介して膜厚50nmのアルミ箔をラミネートすることで平板インダクタを形成した。
実施例16、17では、実施例11~15と同様の製造方法で、サポート層の背面に平板インダクタを形成した後、誘電体基材の前面側に、実施例5と同様の製造方法でトップコート層を形成した。
実施例18にかかる電磁波減衰フィルムを作製する製造方法は実施例11~15と同様の製造方法で、サポート層の背面に平板インダクタを形成した後、誘電体基材の前面側に、実施例5と同様の製造方法でトップコート層を形成した。
実施例19、参照例1にかかる電磁波減衰フィルムを作製する製造方法は実施例1~4と同様の製造手順で行われた。
参照例2、3にかかる電磁波減衰フィルムを作製する製造方法は実施例1~4と同様の製造手順で行われた。
上述した製造方法で製造した実施例1~19にかかる電磁波減衰フィルムについて、屈曲試験、電磁波減衰特性、耐候性を評価した。
(屈曲試験)
実施例1~19の電磁波減衰フィルムの屈曲試験を実施した。各実施例で作製した電磁波減衰フィルムを使い2本1セットの曲げR治具(マンドレル)の間にサンプルを挟み込み屈曲試験を実施し試験後の試験片の導電素子の位置を顕微鏡観察し、薄膜導電層の位置ずれの有無を確認した。評価結果を表1~7に示した。
屈曲試験を行った後の構成を用いて、電磁波吸収特性のシミュレーションを行った。評価結果を表1~6に示した。図23~41に周波数毎のモノスタティックRCS減衰量のグラフを示す。
図23は、実施例1の電磁波減衰特性を示すグラフである。74GHzで―13dBの良好な吸収特性を示した。
図24は、実施例2の電磁波減衰特性を示すグラフである。74GHzで-14dBの良好な吸収特性を示した。
図25は、実施例3の電磁波減衰特性を示すグラフである。79GHzで―17dBの良好な吸収特性を示した。
図26は、実施例4の電磁波減衰特性を示すグラフである。78GHzで―15dBの良好な吸収特性を示した。
図27は、実施例5の電磁波減衰特性を示すグラフである。75GHzで―10dBの良好な吸収特性を示した。
図28は、実施例6の電磁波減衰特性を示すグラフである。58GHzと67GHzでそれぞれ―13dB、-14dBの良好な吸収特性を示した。
図29は、実施例7の電磁波減衰特性を示すグラフである。75GHzで―11dBの良好な吸収特性を示した。
図30は、実施例8の電磁波減衰特性を示すグラフである。28GHzで―11dB、60GHzで-21dBの良好な吸収特性を示した。
図31は、実施例9の電磁波減衰特性を示すグラフである。39GHzで―11dB、60GHzで-14dBの良好な吸収特性を示した。
図32は、実施例10の電磁波減衰特性を示すグラフである。28GHzで―10dB、39GHzで-13dBの良好な吸収特性を示した。
図35は、実施例13の電磁波減衰特性を示すグラフである。29GHzで―15dBの良好な吸収特性を示した。
図36は、実施例14の電磁波減衰特性を示すグラフである。40GHzで―28dBの良好な吸収特性を示した。
図37は、実施例15の電磁波減衰特性を示すグラフである。100GHzで―26dBの良好な吸収特性を示した。
図38は、実施例16の電磁波減衰特性を示すグラフである。30GHzで―15dBの良好な吸収特性を示した。
図39は、実施例17の電磁波減衰特性を示すグラフである。28GHzで―21dBの良好な吸収特性を示した。
図40は、実施例18の電磁波減衰特性を示すグラフである。60GHzで―26dBの良好な吸収特性を示した。
さらに、作製した電磁波減衰フィルムをステンレス板に粘着層を介し圧着し、サンシャインウエザーメータにて屋外暴露10年間相当の暴露を行ったのち、電磁波減衰フィルムの表面を綿布にて払拭してトップコート層、または電磁波減衰基体、サポート層、平板インダクタを含む電磁波減衰層の残存状態を確認した。評価結果を表1~6に示した。払拭後いずれの層にも影響がなければ〇、実用上支障ない範囲の剥がれが発生すれば△とした。
実験結果による減衰のメカニズムの妥当性を検討するため、実施例4にかかる電磁波減衰フィルムに関し、電磁波減衰量の実測を行った。なお、実測の手順は以下の通りである。
同一寸法の金属板を2枚用意し、一方に実施例4の電磁波減衰フィルムを、全体を覆うように貼り付けた。電波暗室内で、電磁波減衰フィルムを貼り付けた金属板と、貼り付けない金属板とにそれぞれ電波を照射し、反射した電波の量をネットワークアナライザ(KEYSIGHT社製 Model E5071C)を用いて計測した。電磁波減衰フィルムを貼り付けない金属板の反射量を100(リファレンス)としてモノスタティックRCS減衰量を評価した。その結果、図26と同様、78GHzで―15dBの良好な吸収特性を示した。
実施例11、12にかかる電磁波減衰フィルムに関しても、実施例4と同様に、電磁波減衰量の実測を行った。評価結果を表4に示した。図33、34に周波数毎のモノスタティックRCS減衰量の実測のグラフを示す。
図33は、実施例11の電磁波減衰特性を示すグラフである。31GHzで―15dBの良好な吸収特性を示した。
図34は、実施例12の電磁波減衰特性を示すグラフである。29GHzで―15dBの良好な吸収特性を示した。
その結果、実施例12にかかる電磁波減衰フィルムの電磁波吸収量は、図35と同様、29GHzで―15dBの良好な吸収特性を示した。よって、実施例12にかかる電磁波吸収特性の実測値と実施例13にかかる電磁波吸収特性のシミュレーション値の結果は一致した。図41は、実施例12と実施例13の電磁波減衰特性を示すグラフである。
図42は、実施例19の電磁波減衰特性を示すグラフである。27.5GHzと39GHzで吸収ピークを有し(デュアルバンド)、各吸収ピーク周波数の減衰量は屈曲試験前にそれぞれ―17dB、-20dBで屈曲試験後に-16dB、-29dBとなり共に良好な吸収特性を示した。
図43は、参照例1の電磁波減衰特性を示すグラフである。28.3GHzと38.4GHzで吸収ピークを有し(デュアルバンド)、各吸収ピーク周波数の減衰量は屈曲試験前にそれぞれ―21dB、-9dBで屈曲試験後に-24dB、-9dBとなった。
以上より、誘電体基材の前面と背面に導電素子を配置する電磁波減衰基体の構成を採用すれば、屈曲に対する位置ずれが少なくなるだけでなく、電磁波減衰特性の変化も少なくなることが示された。
また上記吸収ピーク周波数間隔において、前面の導電素子のサイズを背面の導電素子のサイズより小さくすると、良好な吸収特性となる傾向があることが示された。吸収ピーク周波数間隔の指標として、高周波側の吸収ピーク周波数を低周波側の吸収ピーク周波数で割った比(以下、「吸収ピーク周波数比率」という。)を用いると、実施例19は1.418、参照例1は1.357となる。
図44は、参照例2と参照例3の電磁波減衰特性を示すグラフである。
参照例2では29.4GHzと34.25GHzで吸収ピークを有し(デュアルバンド)、各吸収ピーク周波数の減衰量はそれぞれ―22dB、-20dBで共に良好な吸収特性を示した。吸収ピーク周波数比率は1.165である。
参照例3では29.25GHzと34.25GHzで吸収ピークを有し(デュアルバンド)、各吸収ピーク周波数の減衰量はそれぞれ―37dB、-10dBで共に良好な吸収特性を示した。吸収ピーク周波数比率は1.171である。
参照例2、3からも、所定吸収ピーク周波数間隔において、前面の導電素子のサイズを背面の導電素子のサイズより小さくすると、良好な吸収特性となる傾向があることが示された。所定吸収ピーク周波数間隔は特に限定されるものではないが、28GHz帯と39GHz帯のデュアルバンドの例で考えると29.5GHzと34GHz以上離間している(吸収ピーク周波数比率1.153以上)場合に上記傾向を保持すると考えられる。
実施例1~19の電磁波減衰フィルムを作製し評価した結果、誘電体基材前面及び背面に同時形成された薄膜導電層を有する電磁波減衰フィルムでは、屈曲試験後にも薄膜導電層の位置ずれは発生せず、試験前の構造を保つことができた。
また吸収する周波数は設計通りであり、吸収量は-10dBを確保することができた。耐候性試験の結果、トップコート層、電磁波減衰層ともに劣化がなく、特にトップコート層の形成により、耐候性が向上し、実用上特に良好な特性が得られたことを確認した。
実施例3にかかる電磁波減衰フィルムに、耐久性付与層の上に木目柄の絵柄が設けられた意匠性付与層を積層した積層シートを別途準備し、薄膜導電体層30との間に気泡が入らないようにしながら接着剤で貼り合せて、本発明に関わるトップコート層200とし、実施例20の電磁波減衰フィルムとした。
その結果、実施例3と同程度の電磁波減衰特性が得られた。さらに、室内の木目柄の化粧シートの隣に実施例20の電磁波減衰フィルムを貼付したところ、実施例20の電磁波減衰フィルムは木目柄の化粧シートと違和感がなく、室内全体が木目調で調和のとれたものとなった。
実施例10にかかる電磁波減衰フィルムに、耐久性付与層の上に木目柄の絵柄が設けられた意匠性付与層を積層した積層シートを別途準備し、薄膜導電体層30との間に気泡が入らないようにしながら接着剤で貼り合せて、本発明に関わるトップコート層200とし、実施例21の電磁波減衰フィルムとした。
その結果、実施例10と同程度の電磁波減衰特性が得られた。さらに、室内の木目柄の化粧シートの隣に実施例21の電磁波減衰フィルムを貼付したところ、実施例21の電磁波減衰フィルムは木目柄の化粧シートと違和感がなく、室内全体が木目調で調和のとれたものとなった。
実施例3にかかる電磁波減衰フィルムに、耐久性付与層の上に大理石柄の絵柄が設けられた意匠性付与層を積層した積層シートを別途準備し、薄膜導電体層30との間に気泡が入らないようにしながら接着剤で貼り合せて、本発明に関わるトップコート層200とし、実施例22の電磁波減衰フィルムとした。
その結果、実施例3と同程度の電磁波減衰特性が得られた。さらに、室内の大理石柄の床材の隣に実施例22の電磁波減衰フィルムを設けたところ、実施例22の電磁波減衰フィルムは大理石柄の床材と違和感がなく、室内の大理石調の床材の高級感を損なうことが無かった。
実施例10にかかる電磁波減衰フィルムに、耐久性付与層の上に大理石柄の絵柄が設けられた意匠性付与層を積層した積層シートを別途準備し、薄膜導電体層30との間に気泡が入らないようにしながら接着剤で貼り合せて、本発明に関わるトップコート層200とし、実施例23の電磁波減衰フィルムとした。
その結果、実施例10と同程度の電磁波減衰特性が得られた。さらに、室内の大理石柄の床材の隣に実施例23の電磁波減衰フィルムを設けたところ、実施例23の電磁波減衰フィルムは大理石柄の床材と違和感がなく、室内の大理石調の床材の高級感を損なうことが無かった。
比較例1にかかる電磁波減衰フィルムは、貼合積層体の構成を有する点で誘電体基材の前面と背面の両面に薄膜導電層が形成された構成(電磁波減衰基体)を有する実施例の構成と異なる。図45は、比較例1の電磁波減衰フィルムの断面の一部を示す模式図である。図2または図18と同様の構成に関しては説明を省略する。誘電体基材10の前面のみに薄膜導電層30が形成された貼合上層40と貼合下層41をそれぞれ積層した構成を有する。比較例1の電磁波減衰フィルムの構造を表9に示した。
実施例1に準じて、誘電体基材10の前面側だけに薄膜導電層30を配する貼合上層40と貼合下層41の2枚作成した。貼合上層40の背面側にアクリル系粘着層12を介し貼合下層41を貼合した。次いで、膜厚100μmのPETフィルムを粘着層12を介しラミネートしてサポート層11を形成し、さらにサポート層11背面に接着層を用いてアルミニウムの平板インダクタ50を貼り合せ、多層貼合による電磁波減衰フィルムを作成した。
実施例1に準じて、電磁波減衰フィルムの屈曲試験、電磁波減衰特性、耐候性を評価した。評価結果を表9に示した。
比較例1の多層貼合による電磁波減衰フィルムの屈曲試験を実施後、試験片の導電素子の位置を観察した結果、貼合上層40のフィルムと貼合下層41のフィルムにずれが生じ、上層と下層の導電素子30の配置位置が試験前と約5mmずれる結果であった。
図46は、比較例1の電磁波減衰特性を示すグラフである。目標の吸収周波数が設計値では75GHz付近の吸収であるのに対し、貼合積層することで作製した電磁波吸収シートでは吸収ピーク周波数は57GHzとなり、設計値から大きくずれる結果となった。
耐候性に関しては、綿布で払拭したところ薄膜金属層が剥がれさほど良好とはいえない結果となった。
比較例2、3は、電磁波吸収フィルムの構成要素の寸法が一部異なるほかは実施例1などにかかる電磁波吸収フィルムの構成と同様であるので、異なる点を中心に説明する。
比較例2は、誘電体基材の前面と背面の導電素子の重心の平面方向の距離をl、導電素子の重心からプレート端部までの最短距離をaとしたとき、下記式(1)を満たさない位置関係で導電素子を形成した構造を有する。
l≦5.2a…(1)
比較例3は、サポート層の膜厚が5μmよりも薄い構造を有する。比較例2、3の電磁波減衰フィルムの構造を表9に示した。
実施例1に準じて誘電体基材の前面及び背面に薄膜導電層を形成し、背面の薄膜導電層側に粘着層を介してサポート層を形成し、その後サポート層の背面に平板インダクタを形成した。
実施例1に準じて、電磁波減衰フィルムの屈曲試験、電磁波減衰特性、耐候性試験を評価した。評価結果を表4に示した。
屈曲試験に関しては、比較例2、3とも、屈曲試験後にも薄膜導電層の位置ずれは発生しなかった。
図47は、比較例2の電磁波減衰特性を示すグラフである。1/aが6.0で式(1)の関係を満たさないことで、前面と背面の導電素子間で共振の結合が起こらず、吸収量が目標の-10dBに届かない結果であった。
図48は、比較例3の電磁波減衰特性を示すグラフである。比較例3のように、誘電体基材背面の導電素子の背面に形成するサポート層の膜厚が4μmで5μmよりも薄い場合には、吸収量が目標の-10dBに届かない結果であった。このことから、サポート層の膜厚は5μm(0.005mm)以上が好ましい。
耐候性に関しては、綿布で払拭したところ薄膜金属層が剥がれ、さほど良好とはいえない結果となった。
このようにすると、効率良く電磁波を減衰することができる。
転写箔とすることで、さらなる薄膜化をすることが可能となり、さらに追従性を向上させることが可能となり、複雑な形状にも転写することが可能であり、本発明の電磁波減衰フィルムの適用範囲を広くすることが可能となる。
(項目1)
前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は複数の導電素子を含む、
電磁波減衰フィルム。
(項目2)
前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され、
前記誘電体基材前面および背面の導電素子の重心の平面方向の距離をl、前記導電素子の重心からプレート端部までの最短距離をaとしたときに下記式(1)を満たす、
電磁波減衰フィルム。
l≦5.2a…(1)
(項目3)
前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され、
前記サポート層の膜厚が0.005mm以上である、
電磁波減衰フィルム。
(項目4)
前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され
前記導電素子の厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(4)を満たす、
電磁波減衰フィルム。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 1 …(4)
(項目5)
前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され、
前記誘電体基材前面および背面の導電素子の重心の平面方向の距離をl、前記導電素子の重心からプレート端部までの最短距離をaとしたときに下記式(6)を満たす前記誘電体基材前面および背面の導電素子の組み合わせと、下記式(7)を満たす前記誘電体基材前面および背面の導電素子の組み合わせを混在させることにより多周波数に電磁波減衰性能を有する、
電磁波減衰フィルム。
l<2a…(6)
l≧2a…(7)
(項目6)
前記薄膜導電層および前記平板インダクタは、前記誘電体基材またはサポート層の厚さ方向に離間している、項目1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目7)
前記誘電体基材前面の薄膜導電層の前面および背面に黒化層を備えていることを特徴とする、項目1~6のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目8)
前記誘電体基材背面の薄膜導電層の前面および背面に黒化層を備えていることを特徴とする、項目1~7のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目9)
前記電磁波減衰基体の前面側にトップコート層を備えていることを特徴とする、項目1~8のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目10)
前記トップコート層が、電磁波が伝搬する空気層とインピーダンス整合がとられていることを特徴とする、項目9に記載の電磁波減衰フィルム。
(項目11)
前記トップコート層はシクロヘキシル(メタ)アクリレートをモノマー成分として含有するアクリル系樹脂組成物を主成分とすることを特徴とする、項目9または10に記載の電磁波減衰フィルム。
(項目12)
前記トップコート層はアクリル系樹脂組成物中に紫外線吸収剤、紫外線散乱剤を含有することを特徴とする、項目9~11のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目13)
前記薄膜導電層が、銀、銅、アルミニウムのいずれからなる、項目1~12のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目14)
前記薄膜導電層は、前記誘電体基材の前面側から入射した電磁波を捕捉可能に構成されている、項目1~13のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目15)
前記導電素子が面状素子であり、対向する一対の辺を有する、項目1~14のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目16)
前記面状素子の、対向する一対の辺の長さは、0.25mm以上、4mm以下である、
項目15に記載の電磁波減衰フィルム。
(項目17)
前記誘電体基材の厚さは、減衰中心波長に対して十分薄い、項目1~16のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
(項目18)
前記誘電体基材の厚さは、減衰中心波長の1/10未満である、項目17に記載の電磁波減衰フィルム。
(項目19)
前記誘電体基材前面の導電素子のサイズが前記誘電体基材背面の導電素子のサイズより小さく、互いに異なる吸収ピーク周波数を有する、項目2に記載の電磁波減衰フィルム。
(項目20)
前記互いに異なる吸収ピーク周波数の吸収ピーク周波数比率が1.153以上である、項目19に記載の電磁波減衰フィルム。
10、62 誘電体基材
10a、62a 前面
10b、62b 背面
20、60 電磁波減衰基体
30、30A、31、31A 薄膜導電層、導電素子
32、33、34、35、36、37 黒化層
11 サポート層
12、13 粘着層
40 貼合上層
41 貼合下層
50 平板インダクタ
200 トップコート層
Claims (20)
- 前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は複数の導電素子を含む、
電磁波減衰フィルム。 - 前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され、
前記誘電体基材前面および背面の導電素子の重心の平面方向の距離をl、前記導電素子の重心からプレート端部までの最短距離をaとしたときに下記式(1)を満たす、
電磁波減衰フィルム。
l≦5.2a…(1) - 前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され、
前記サポート層の膜厚が0.005mm以上である、
電磁波減衰フィルム。 - 前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され
前記導電素子の厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(4)満たす、
電磁波減衰フィルム。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 1 …(4) - 前面および背面を有する誘電体基材と、前記誘電体基材前面および背面の両面に配置された薄膜導電層と、を有する電磁波減衰基体と、
前記電磁波減衰基体の背面に配置されたサポート層と
前記サポート層の背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の導電素子を含み、
前記導電素子は周期的に配置され、
前記誘電体基材前面および背面の導電素子の重心の平面方向の距離をl、前記導電素子の重心からプレート端部までの最短距離をaとしたときに下記式(6)を満たす前記誘電体基材前面および背面の導電素子の組み合わせと、下記式(7)を満たす前記誘電体基材前面および背面の導電素子の組み合わせを混在させることにより多周波数に電磁波減衰性能を有する、
電磁波減衰フィルム。
l<2a…(6)
l≧2a…(7) - 前記薄膜導電層および前記平板インダクタは、前記誘電体基材またはサポート層の厚さ方向に離間している、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記誘電体基材前面の薄膜導電層の前面および背面に黒化層を備えていることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記誘電体基材背面の薄膜導電層の前面および背面に黒化層を備えていることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記電磁波減衰基体の前面側にトップコート層を備えていることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記トップコート層が、電磁波が伝搬する空気層とインピーダンス整合がとられていることを特徴とする、請求項9に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記トップコート層はシクロヘキシル(メタ)アクリレートをモノマー成分として含有するアクリル系樹脂組成物を主成分とすることを特徴とする、請求項9に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記トップコート層はアクリル系樹脂組成物中に紫外線吸収剤、紫外線散乱剤を含有することを特徴とする、請求項9に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記薄膜導電層が、銀、銅、アルミニウムのいずれからなる、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記薄膜導電層は、前記誘電体基材の前面側から入射した電磁波を捕捉可能に構成されている、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記導電素子が面状素子であり、対向する一対の辺を有する、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記面状素子の、対向する一対の辺の長さは、0.25mm以上、4mm以下である、請求項15に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記誘電体基材の厚さは、減衰中心波長に対して十分薄い、請求項1~5のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記誘電体基材の厚さは、減衰中心波長の1/10未満である、請求項17に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記誘電体基材前面の導電素子のサイズが前記誘電体基材背面の導電素子のサイズより小さく、互いに異なる吸収ピーク周波数を有する、請求項2に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記互いに異なる吸収ピーク周波数の吸収ピーク周波数比率が1.153以上である、請求項19に記載の電磁波減衰フィルム。
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