JP7353578B2

JP7353578B2 - Ｉｃタグ

Info

Publication number: JP7353578B2
Application number: JP2019045795A
Authority: JP
Inventors: 哲治緒方
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2023-10-02
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: JP2020149308A

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。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、強い電磁波に晒されたときの挙動については考慮されていない。

特許第５０８６２１７号公報

一方、近年、小売店の商品にもＩＣタグを貼付して管理することも広がってきている。商品にＩＣタグを貼付した場合、それを購入した消費者は、それを剥がすためにはある程度の手間がかかるため、必ずしもそれを剥がすとは限らない。ここで、ＩＣタグのラベルを貼付した商品が、パッケージごと電子レンジで温めることが可能な商品であった場合、ＩＣタグがパッケージごと電子レンジ内の強いマイクロ波に晒されることとなる。ＩＣタグにはアンテナが内蔵されているため、そのような場合、マイクロ波によりアンテナに電荷が誘導されて火花が発生することなどにより、ＩＣタグが発火する可能性がある。このような事態は、火災などの重大な事故を誘発する可能性がある。従って、電子レンジなどの強い電磁波に晒される環境でも、簡単に発火しない構造を有するＩＣタグの必要性が考えられる。

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、表面抵抗率が外周部より中央部が低い、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、表面抵抗率が外周部より中央部が低い、という構成を採用したことにより、電子レンジなどの強い電磁波に晒される環境でも、火花放電を起こしにくく発火しにくい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つずつ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それぞれの長方形のパターン）の結合領域があり、そのそれぞれの結合領域の１つずつは第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のうちの対応する補助アンテナ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の下面に配置された、導電性材料で形成された１組の面状パターンであって、面状パターンのそれぞれが、アンテナ１０４の周辺側端部にある結合領域のそれぞれのうちの対応する１つの結合領域と一部が上下方向において重なり、ＩＣタグ１００の周辺部に配置されたパターンを有している。補助アンテナ１０７のそれぞれがアンテナ１０４の周辺側端部にある結合領域のうちの対応する１つの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の周辺部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、中央部が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は中央部の色が濃く、外周部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、中央部が厚く外周部が薄いことが示されている。導電性インクを印刷、プリンタによって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、このような中央部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、このような中央部が厚いプロファイルを有することにより、表面抵抗率が、外周部より中央部が低くなっており、外周部より中央部に電流が流れやすくなっている。中央部の表面抵抗率は外周部の表面抵抗率より１０％以上低いと好適である。ＩＣタグ１００を電子レンジなどの強い電磁波に晒される環境に置いた場合、面積の大きい補助アンテナ１０７に強い電荷が誘導され、補助アンテナ１０７の外周部から放電して火花を発生させる可能性がある。しかし、補助アンテナ１０７がこのような中央部が厚いプロファイルを有するように構成することによって、そのような環境に置かれて補助アンテナ１０７に強い電荷が誘導された場合でも、表面抵抗率の大きい外周部には電荷が集中しにくくなる。その結果として、補助アンテナ１０７の外周部から放電して火花を発生させて発火する可能性が低くなる。

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タグに広く使用することができ、特に、購入者が電子レンジで加熱する可能性がある食品などの商品のパッケージに貼付するためのラベル形態のＩＣタグ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

ＩＣタグであって、前記ＩＣタグは、
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つずつ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た、導電性材料で形成された１組の補助アンテナであって、前記補助アンテナのそれぞれは、前記アンテナの前記結合領域のうちの対応する１つの結合領域と一部が上下方向において重なり、前記ＩＣタグの周辺部に配置されたパターンを有する、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、前記補助アンテナのそれぞれを前記周辺部において保持する第２基材と、を積層して構成され、
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、前記表面抵抗率が、外周部より中央部が低い、
ことを特徴とするＩＣタグ。
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。
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。
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。
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。