JP4398359B2

JP4398359B2 - 光透過性アンテナ装置

Info

Publication number: JP4398359B2
Application number: JP2004379027A
Authority: JP
Inventors: 育夫三村
Original assignee: Nippon Carbide Industries Co Inc
Current assignee: Nippon Carbide Industries Co Inc
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006186742A

Description

本発明は光透過性アンテナ装置に関し、詳しくは光透過性基材または光反射性基材の上に設置された光透過性アンテナより構成された光透過性アンテナ装置に関する。

さらに詳しくは、光透過性基材または光反射性基材の上に設置された光透過性アンテナより構成された光透過性アンテナ装置に関し、該光透過性アンテナが線状区画により区画される少なくとも1種の平面充填図形によって構成される光透過性のアンテナであって、該光透過性アンテナの光線透過度が６０％以上であり、該線状区画の線幅が０．１〜１００μｍである光透過性アンテナ装置であって、平面充填図形を構成する繰返し単位図形のアスペクト比が１．５以上であるか、光透過性基材または光反射性基材の上に設置された光透過性アンテナにさらに光透過性の表面層が設置されている光透過性アンテナ装置に関する。

該光透過性アンテナ装置は好ましくはラジオやテレビなどの電波受信送信アンテナ装置、またはRFID受信送信装置に好ましく用いることがでる。

従来より、ガラスなどの光透過性基材の上に設置されたラジオやテレビなどの電波受信アンテナ装置はよく知られている。これらのガラス上に設置された従来公知の電波受信アンテナ装置は好ましい視界を確保するために銅線などの細い金属線をループ状配置している。しかしながら、視界の確保とアンテナの性能の両方を満足することは困難であった。

さらに、ガラス、透明樹脂板・シートなどの光透過性基材の上に設置されたRFID装置はよく知られておりその使用に関しては様々な提案が行われている。これらのRFID装置に用いることのできるアンテナ装置は例えばポリエチレンテレフタレートフイルム（PETフイルム）などの光透過性基材の上にメッキ法、エッチング法などの方法で設置した光透過性のないアンテナ装置が設置されている。

従って、従来公知のRFID装置に用いられているアンテナ装置は、自動車の窓ガラスなどの光透過性基材に設置された場合には、視界の確保は著しく困難なものであった。さらに、従来公知のアンテナにおいて視界の確保を行う場合にはアンテナ自体を小型化する必要がありRFID装置の読取り距離や書込み距離の低下などの問題が生じていた。

スコット(Scott)らによる米国特許6,121,880(特許文献1)にはガラス表面上に設置されたステッカー型のRFID装置が開示されている。しかしながら、好適な態様の一例として示された図４に開示されたアンテナ装置の光透過性がなく、視界の確保に関しては著しく劣るものである。

メイズ(Mays)らによる米国特許第6,275,157(特許文献2)には２層のガラス間に設置されたステッカー型のRFID装置が開示されている。しかしながら、好適な態様の一例として示された図６に開示されたアンテナ装置の光透過性はなく視界の確保に関しては著しく劣るものである。

三村による国際公開特許WO 02/103629には、再帰反射素子層の下面に設置されたRFIDアンテナが組み合わされた再帰反射性集積回路封入製品が開示されている。この発明においては光透過性の無いアンテナが再帰反射素子の鏡面反射層の下面に設置されている。この様な構成において鏡面反射層は電波を反射するためにアンテナを設置した部分の鏡面反射層は除去することが必要であった。

さらに、鏡面反射層の上面に光透過性の無いアンテナを設置するとアンテナ設置部分の再帰反射性能が喪失する。従って、鏡面反射層の上面あるいは下面のいずれの位置にアンテナを設置する場合もアンテナ設置部分の再帰反射性能が失われるという問題がある。

以上のように、いずれの発明においても本発明の目的である視認性の確保性に優れたアンテナの形成方法に関しては開示されていない。
米国特許6,121,880 米国特許6,275,157 WO02/103629

本発明が解決しようとする課題は、視認性が確保され通信性能の優れたアンテナ装置の供給にある。

さらに詳しくは、光透過性基材または光反射性基材のうえに設置された光透過性アンテナからなるアンテナ装置において、基材の持つ光透過性または光反射性能を損なわずに通信性能の優れたアンテナ装置の供給にある。

本発明における光透過性アンテナ装置は、線状区画領域により区画される少なくとも1種の平面充填図形によって構成される光透過性アンテナであって、該光透過性アンテナの光線透過度が６０％以上であり、該線状区画域の線幅が０．１〜１００μｍであり、該光透過性アンテナが基材の上に設置されており、基材が光透過性基材または光反射性基材であることを特徴とする。

また、平面充填図形を構成する繰返し単位の大きさが３０μｍ以上であることが好ましい。これらの大きさの繰返し単位の平面充填図形はアンテナ領域の全体または７０％以上の領域にわたって設置されていることが光透過性を維持するために好ましい。

また、平面充填図形を構成する繰返し単位図形のアスペクト比が１．５以上である場合にはアンテナの指向性が生じるために、特定の方向にアンテナの性能が改善されうる。なお、本発明におけるアスペクト比とは繰返し単位図形の最長と最短の外形寸法の比率を言う。

さらに、光透過性アンテナが化学メッキ法、特に好ましくは印刷式化学メッキ法によって設置された場合、アンテナの厚みが薄くて均一な金属層が形成されやすいので好ましい。

本発明における光透過性基材は光透過性樹脂基材または光透過性ガラス基材であり、光反射性基材が再帰反射シート、鏡面反射性シートである光透過性アンテナ装置が好ましく用いられる。

さらに、上記の光透過性または光反射性基材の上に設置された光透過性アンテナの上層にさらに光透過性の表面層が設置されている光透過性アンテナ装置がより好ましく用いられる。

本発明における光透過性アンテナ装置はRFID装置を結合して、光透過性のRFID装置として用いることもできる。

本発明における光透過性アンテナ装置は、光透過性基材または光反射性基材に設置された際に、基材の光透過性または光反射性性能を著しく失うことなしに、アンテナとしての機能を保持する効果をもつ。

本発明における光透過性アンテナ装置をRFID装置に結合して用いる場合にはRFID装置の読取距離や書込み距離の低下をきたすことなく、光透過性基材または光反射性基材の光透過性または光反射性性能を著しく失うことがない。

本発明における光透過性アンテナ装置を再帰反射シート基材上に設置した場合には、再帰反射性能を維持しつつアンテナとしての機能を保持する効果を持つ。

本発明における光透過性アンテナ装置は、線状区画域により区画される少なくとも1種の平面充填図形によって構成される光透過性アンテナであって、該光透過性アンテナの光線透過度が６０％以上であり、該線状区画域の線幅が０．１〜１００μｍであり、該光透過性アンテナが基材の上に設置されており、基材が光透過性基材または光反射性基材であることを特徴とする。

本発明の光透過性アンテナに用いることのできる線状区画域の平面図形の例が図１〜５に示されている。

図1においては正六角形の形状であり線状区画域の線幅がWであり、平面充填図形を構成する繰返し単位の大きさがPとして示されている。この形状におけるWは０．１〜１００μｍ、Pは３０μｍ以上であることが好ましい。また、図1に示される平面充填図形を構成する繰返し単位図形のアスペクト比は１．０である。

図２においては正方形の形状であり線状区画域の線幅がWであり、平面充填図形を構成する繰返し単位の大きさがPとして示されている。この形状におけるWは０．１〜１００μｍ、Pは３０μｍ以上であることが好ましい。また、図２に示される平面充填図形を構成する繰返し単位図形のアスペクト比は同じく１．０である。

図３においては平面充填図形を構成する繰返し単位が正八角形と正方形の組合せで構成されている。また、図３に示される平面充填図形を構成する繰返し単位図形のアスペクト比はいずれの繰り返し単位においても１．０である。

図４および図５には、図１および図２に示された正六角形および正方形の繰返し単位の形状が変形されており、充填図形を構成する繰返し単位図形のアスペクト比が１．５になるように形成されている。このような形状を持つアンテナは指向性が生じるために、特定の方向にアンテナの性能が改善されうる。

いずれの繰返し単位の形状においても、線状区画域の線幅は０．１〜１００μｍであることが好ましい。０．１μｍ未満の場合にはアンテナとしての性能が低下し、また、１００μｍ以上の場合には光透過性が低下するために好ましくない。

また、いずれの繰返し単位の形状においても、平面充填図形を構成する繰返し単位の大きさは３０μｍ以上であることが光透過性を維持するために好ましい。

これらの光透過性のアンテナの形成方法としては、化学メッキ法、導電性インキを用いた印刷法、金属皮膜をエッチングなどの方法で部分的に除去してアンテナを形成する方法などが採用できる。

さらに好ましくは、光透過性アンテナが化学メッキ法、特に好ましくは印刷式化学メッキ法によって設置された場合、アンテナの厚みが薄くて均一な金属層が形成されやすいので好ましい。

化学メッキ法としてはそれ自体公知な方法を採用しうるが、特に好ましくは印刷式化学メッキ法を採用することができる。化学メッキに用いることのできる金属組成物としてはニッケル、銅、金、銀、パラジウム、アルミニウムを用いることができる。

また、これらの金属を２層以上積層して用いることもできる。化学メッキの好ましい厚さは０．１〜３０μｍ、さらに好ましくは０．５〜１０μｍである。

印刷式化学メッキ法とは、アンテナを設置するガラスや透明樹脂シート基材などの透明性基材にグラビア印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷などの方法によって化学メッキのためのプライマーをアンテナの形状に印刷した後に、公知の化学メッキ法によってアンテナを形成する方法である。

本発明における光透過性基材（基材）は光透過性樹脂基材または光透過性ガラス基材であり、光反射性基材が再帰反射シート、鏡面反射性シートである光透過性アンテナ装置が好ましく用いられる。

光透過性樹脂基材の例としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂などの光透過性の優れた樹脂製のフイルムまたはシートを用いることができる。用いることのできる光透過性基材の厚さは使用目的によって適宜選択することができ、５０〜１００００μｍが例示できる。また、光透過性ガラス基材の例としては、一般に自動車ガラス、窓ガラス用いられる単層ガラスあるいは複層ガラスを用いることができる。

さらに、上記の光透過性または光反射性基材の上に設置された光透過性アンテナに、さらに光透過性の表面層が設置されている光透過性アンテナ装置がより好ましく用いられる。このように、光透過性の表面層が設置されている光透過性アンテナ装置はアンテナ装置の耐久性を改善するために好ましい。

本発明における光透過性アンテナ装置はRFID装置、RFID集積回路を結合して、光透過性のRFID装置として用いることもできる。

光透過性の表面層が設置されている光透過性アンテナ装置の具体的な例としては、自動車の窓ガラスに用いられる透明樹脂により積層された２層のガラスの間に設置された光透過性アンテナが結合されたRFID装置である。また、ラジオやテレビなどの装置と直接回路結合することも可能である。これにより自動車ガラスにラジオやテレビなどの光透過性のアンテナを設置することができる。

図６にはガラスの表面層が積層されているガラス基材に光透過性アンテナが設置されている光透過性アンテナ装置の断面図が示されている。

図６において、（１）はガラス製の表面層、（２）は２層のガラスを積層するための透明樹脂層、好ましくはポリブチラール樹脂が用いられる。（３）は光透過性アンテナであり光透過性基材として透明なPETフイルム（４）上に設置されている。（５）は装置の背面に積層されたガラス板である。この光透過性アンテナにはRFID集積回路チップ（図示されず）が結合されている。光透過性アンテナ（３）は背面ガラス板に直接取り付けることも可能である。

図１に示される網目状の正六角形の平面充填図形によって構成され、図７に示される外形の光透過性アンテナを２種類作成した。アンテナ試料Aは繰返し単位の大きさ（P）が１００μｍ、線状区画の線幅（W）が３μｍ、アンテナ試料BはPが１００μｍでWが３μｍであった。

このアンテナは、印刷法により厚さ５０μｍのPETフイルム上にメッキプライマーを設置した後に、化学メッキ法によりニッケルと銅の２層を形成した。いずれの層の厚さも１μｍであった。

また、比較試料として厚さ４０μｍの銀ペースト印刷層により形成された図7に示されたのと同じ形状であって光透過性の無い従来公知のアンテナ試料を作成した。

これらの、３種類のアンテナの形状と線状区画領域の面積率（％）とアンテナの光透過度（％）の値を表１にまとめて示した。本発明によるアンテナである試料Aと試料Bはいずれも優れた光透過性を持っている。

これらの３種類のアンテナ試料と、図８に示される長さ４３ｍｍ、幅８ｍｍの銀ペースト印刷層により形成されたアンテナの中央部分に感応周波数９００MHzのパッシブ式RFID集積回路チップが設置されたRFIDモデュールを結合したRFIDタグとして、各アンテナ試料を用いたRFIDタグの読取距離を周波数別に測定した。

表２には、上記に記載した３種類のRFIDタグの読取距離の測定値を示した。本発明に置ける光透過性アンテナを用いたRFIDタグの読取距離は比較試料のアンテナを用いた従来公知のRFIDタグの読取距離の８０％以上を維持しており、光透過性は９０％以上と優れていた。図９には周波数別の読取距離の関係を示した。

実施例１で作成したアンテナ試料Aと比較試料用アンテナの２種類のアンテナを用いたRFIDタグを、日本カーバイド工業株式会社製の白色のマイクロプリズム型再帰反射シート、ニッカライトクリスタルグレードのシート表面に設置した。

アンテナが設置されていない再帰反射シートの再帰反射係数(cd/lx/m²)は６００であり、アンテナ試料Aを用いたアンテナ部分の再帰反射係数は５５０であった。また、比較試料のアンテナ設置部分は再帰反射光が観察されなかった。

周波数９１６MHzにおける試料Aを用いたRFIDタグの読取距離は９ｍであり、比較試料アンテナを用いたRFIDタグの読取距離は１０ｍであり、遜色が無かった。

本発明は光透過性基材または光反射性基材のうえに設置された、基材の持つ光透過性または光反射性能を損なわずに通信性能の優れた光透過性アンテナからなるアンテナ装置に関する。

詳しくは、ガラス、透明樹脂板、再帰反射シートの上に設置された光透過性アンテナに関し、RFID装置、ラジオやテレビなどの通信アンテナ装置として用いることができる。

本発明の光透過性アンテナの拡大図本発明の光透過性アンテナの拡大図本発明の光透過性アンテナの拡大図本発明の光透過性アンテナの拡大図本発明の光透過性アンテナの拡大図本発明の光透過性アンテナ装置の断面図本発明の光透過性アンテナ従来公知のＲＦＩＤモデュールＲＦＩＤタグの周波数別の読取距離の比較図

符号の説明

１：光透過性の表面層
２：透明樹脂層
３：光透過性アンテナ
４：光透過性の基材
５：光透過性の背面基材

Claims

線状区画により区画される少なくとも1種の平面充填図形によって構成される光透過性アンテナであって、該光透過性アンテナの光線透過度が６０％以上であり、該線状区画の線幅が０．１〜１００μｍであり、平面充填図形を構成する繰返し単位図形のアスペクト比が１．５以上であり、該光透過性アンテナが基材の上に設置されており、基材が光透過性基材または光反射性基材であることを特徴とする光透過性アンテナ装置。
線状区画により区画される少なくとも1種の平面充填図形によって構成される光透過性アンテナであって、該光透過性アンテナの光線透過度が６０％以上であり、該線状区画の線幅が０．１〜１００μｍであり、該光透過性アンテナが基材の上に設置されており、基材が光透過性基材または光反射性基材であり、光透過性基材または光反射性基材の上に設置された光透過性アンテナにさらに光透過性の表面層が設置されていることを特徴とする光透過性アンテナ装置。
平面充填図形を構成する繰返し単位の大きさが３０μｍ以上である請求項1又は２に記載の光透過性アンテナ装置。
光透過性アンテナが化学メッキ法によって設置されている請求項1〜３に記載の光透過性アンテナ装置。
光透過性アンテナが印刷式化学メッキ法によって設置されている請求項４に記載の光透過性アンテナ装置
光透過性基材が光透過性樹脂基材または光透過性ガラス基材である請求項1〜５に記載の光透過性アンテナ装置。
光反射性基材が再帰反射シート、鏡面反射性シートである請求項1〜５に記載の光透過性アンテナ装置。
該光透過性アンテナにRFID装置が結合されていることを特徴とする請求項1〜７に記載の光透過性アンテナ装置。