KR101160238B1

KR101160238B1 - 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 ｒｆｉｄ 태그 안테나

Info

Publication number: KR101160238B1
Application number: KR1020100135958A
Authority: KR
Inventors: 이진성; 이경환; 김희철
Original assignee: 대구대학교 산학협력단
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-06-26

Abstract

본 발명은 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나에 관한 것으로, 직사각 판상의 유전체(10)와; 루프패턴(21)과, 미엔더 라인 패턴(22, 22') 및, 패치부(23, 23')로 구성되는 태그 안테나(20) 및; 상기 태그 안테나(20)의 일단부에 실장되는 태그칩(30)으로 구성되고; 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22') 사이에 형성된 안테나 분리부(a, b)에 도전성 잉크가 도포되어 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22')이 연결된 구성으로 이루어져 태그 안테나가 부분 분리되어도 안테나의 임피던스 변화를 최소화시켜 칩과 안테나의 임피던스 정합이 가능하므로 근거리 영역 인식에서는 소형 아이템 물품에 부착이 용이하여 RFID 시스템의 활성화에 기여할 수 있고, 알루미늄 필름의 식각이 아닌 도전성 잉크로 안테나를 제작하므로 제작 비용을 절감할 수 있으며, 환경보호를 할 수 있고, 비용 절감은 태그 제작 단가를 절감시키므로 아이템 레벨(소매 단위의 물품)에 부착되더라도 비용의 상승폭이 적어 판매자와 소비자의 부담을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 안테나의 분리되는 부분에 금속성분이 포함된 도전성 잉크를, 그 외 부분의 안테나는 알루미늄 에칭으로 제작하여 태그 안테나를 용이하게 부분 분리하여 한 개의 태그로 근거리 영역에서의 인식과 원거리 인식이 가능한 각별한 있는 유용한 발명이다.

Description

도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 ＲＦＩＤ 태그 안테나{Changeable RFID tag antenna of structure by the working area using conductive ink}

본 발명은 RFID 태그 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도전성 잉크를 사용하여 태그 안테나를 형성함으로써 구조적 변형이 가능한 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나에 관한 것이다.

유비쿼터스(Ubiquitous)란 사용자가 네트워크나 컴퓨터를 의식하지 않고 장소에 관계없이 자유롭게 네트워크에 접속할수 있는 정보통신 환경을 의미한다. 유비쿼터스를 위해, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템이 월드 와이드 웹과 같은 광범위한 네트워크에 운영되고 있다. RFID는 물리적인 물체를 인식하여 그 물체에 대한 정보를 알아내는 것을 목표로 하는 기술이다. 각각의 물체에 할당되는 인식 코드는 태그 코드라고 불리우는데 RFID 태그 내에 인코딩된다. 이러한 코드는 물체에 대한 정보 서비스를 사용하는 기초가 된다.

일반적으로, RFID는 바코드와 같은 자동데이터 수집(Automatic Data Collection)의 하나이다. 외부로부터 신호를 받아 자동적으로 신호를 되돌려 보내는 송수신 장치인 트랜스폰더(Transponder)와 이 신호를 보내거나 읽어내는 리더(Reader/Controller)로 구성된다.

일반 바코드 시스템과 비교하면 트랜스폰더는 바코드(barcode)로, 리더는 스캐너의 역할을 하는 것으로, 바코드 스캐너가 바코드 라벨을 스캐닝해서 읽어 오듯이 RF리더(reader)는 트랜스폰더의 자료를 무선 전파를 이용하여 읽어들이는 것이다.

바코드는 라벨이 찢어지거나 오염될 수 있어 사용에 제한을 받지만 트랜스폰더는 마이크로칩 형태로 반영구적이며 주위환경에 독립적이다. 먼지가 끼거나 비에 젖으면 바코드의 인식률은 급속히 떨어지지만 RFID는 주위 환경에 방해를 덜 받는다.

무선주파수(RF)를 이용하기 때문에 트랜스 폰더와 리더는 비접촉식으로 반응하며 데이터 리딩 속도가 빠르다. 또 바코드에 비해 많은 양의 정보를 송수신 할 수 있다.

교통카드에의 적용으로 많은 사람들이 사용하고 있으며, 출입관리를 위한 시스템에 적용되어 회사직원이나 주민, 방문객들을 위한 출입통제 시스템에 널리 사용되고 있다. 또한, 효율적인 물류관리, 재고관리 및 도난방지분야에 적용되어 상당한 생산성 향상과 비용절감 효과를 거두고 있으며, 전사적자원관리(ERP) 시스템과 연계하여 구매,물류,판매를 실시간으로 파악할 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 일반적인 RFID 네트워크 개념도로서, 임의의 대상물에 부착되는 RFID 태그(1)와, RFID 태그를 판독하기 위한 리더기(2)와, 리더기(2)를 통해 판독된 사용자 정보를 서버(4)로 제공하기 위한 네트워크망(3)과, 네트워크망(3)을 통해 수신된 RFID 태그(1)의 사용자 정보를 수신하여 기 저장된 정보와 검색 및 비교하기 위한 서버(4)로 구성된다. 상기 리더기(2)는 당연히 리더 안테나(미도시)를 포함하는 개념이다.

도 2 는 종래 RFID 태그 구조를 나타내는 도면으로서, 일반적인 RFID 태그(1)는 대상물의 정보(데이터)를 저장하기 위한 칩(5)과, 상기 칩(5)에 연결되어 리더기와의 데이터의 송수신을 위해 전자파를 공간으로 전송하거나 공간으로부터 수신하기 위한 안테나(6)를 구비한다. 이러한 RFID 태그는 일반적으로 나무, 종이, 플라스틱에 부착되어 전자계 산란 방식으로 동작하는 것이어서 라벨 태그가 고 유전체 내부에 있게 되면 인식이 불가능하다고 하는 있게 된다.

그에 따라 상기한 종래의 RFID 태그는 주변환경에 따라 동작 방식이 다른 태그를 사용하여야 하므로 공기 중의 습기가 많은 지역이나 액체 내ㆍ외부에서는 사용할 수 없어 라벨 태그의 사용영역이 제한된다고 하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 출원된 것으로서, 특허출원 제10-2009-104107호의 "전자계 산란과 자계커플링 듀얼방식의 라벨 태그"가 출원되어 있다.

그러나 특허출원 제10-2009-104107호의 "전자계 산란과 자계커플링 듀얼방식의 라벨 태그"는 태그 안테나의 부분이 분리가 쉽지 않다는 문제점 뿐만 아니라 소형 물품에 부착하기 어렵다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 실정을 고려하여 종래 태그 안테나에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 태그 안테나가 부분 분리되어도 안테나의 임피던스 변화를 최소화시켜 칩과 안테나의 임피던스 정합이 가능하여 분리된 태그 안테나만으로도 동작 가능한 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 도전성 잉크로 안테나를 제작하여 안테나를 부분 분리시켜 한 개의 태그로 근거리 영역에서의 인식과 원거리 인식이 가능한 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 안테나의 분리되는 부분에 금속성분이 포함된 도전성 잉크를, 그 외 부분의 안테나는 알루미늄 에칭으로 제작하여 태그 안테나의 부분 분리가 용이한 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나는 직사각 판상의 유전체(10)와; 상기 유전체(10) 상에 에칭으로 형성되는 알루미늄 박막으로서, 유전체(10)의 윗면 중앙부에 'ㅁ'자형으로 형성되는 루프패턴(21)과, 상기 루프패턴(21)의 좌우측 유전체(10) 상에 각각 연결 형성되는 미엔더 라인 패턴(22, 22') 및, 상기 미엔더 라인 패턴(22, 22')의 좌우측 유전체(10) 단부 상에 각각 연결 형성되는 패치부(23, 23')로 구성되는 태그 안테나(20) 및; 상기 태그 안테나(20)의 일단부에 실장되는 태그칩(30)으로 구성되고; 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22') 사이에 형성된 안테나 분리부(a, b)에 도전성 잉크가 도포되어 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22')이 연결된 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 태그 안테나가 부분 분리되어도 안테나의 임피던스 변화를 최소화시켜 칩과 안테나의 임피던스 정합이 가능하므로 근거리 영역 인식에서는 소형 아이템 물품에 부착이 용이하여 RFID 시스템의 활성화에 기여할 수 있고, 알루미늄 필름의 식각이 아닌 도전성 잉크로 안테나를 제작하므로 제작 비용을 절감할 수 있으며, 환경보호를 할 수 있고, 비용 절감은 태그 제작 단가를 절감시키므로 아이템 레벨(소매 단위의 물품)에 부착되더라도 비용의 상승폭이 적어 판매자와 소비자의 부담을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 안테나의 분리되는 부분에 금속성분이 포함된 도전성 잉크를, 그 외 부분의 안테나는 알루미늄 에칭으로 제작하여 태그 안테나를 용이하게 부분 분리하여 한 개의 태그로 근거리 영역에서의 인식과 원거리 인식이 가능한 각별한 장점이 있다.

도 1은 일반적인 RFID 네트워크 개념도,
도 2는 종래 RFID 태그 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 방사 패턴의 사양을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예로서 본 발명 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나의 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 방사 패턴의 사양을 나타낸 도면으로서, 본 발명 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나는 직사각 판상의 유전체(10)와; 상기 유전체(10) 상에 에칭으로 형성되는 알루미늄 박막으로서, 유전체(10)의 윗면 중앙부에 'ㅁ'자형으로 형성되는 루프패턴(21)과, 상기 루프패턴(21)의 좌우측 유전체(10) 상에 각각 연결 형성되는 미엔더 라인 패턴(22, 22') 및, 상기 미엔더 라인 패턴(22, 22')의 좌우측 유전체(10) 단부 상에 각각 연결 형성되는 패치부(23, 23')로 구성되는 태그 안테나(20) 및; 상기 태그 안테나(20)의 일단부에 실장되는 태그칩(30)으로 구성되고; 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22') 사이에 형성된 안테나 분리부(a, b; 절취선)에 도전성 잉크가 도포되어 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22')이 연결된 구성으로 이루어져 있다.

상기 유전체(10)는 두께 48 ～ 52㎛의 PET를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 태그칩(30)은 루프패턴(21)의 일측 중앙 양단부의 삼각형 꼭지점이 대향하는 구조로 형성되어 양측 삼각형 꼭지점 사이에 열압착 방식으로 본딩되어 있다.

여기서 상기 루프패턴(21)은 임피던스 매칭과 니어필드(Near Field) 환경에서 인식거리 향상을 위해 미엔더 라인 패턴(22, 22') 및 패치부(23, 23')보다 두껍게 형성하는 것이 바람직하고, 미엔더 라인 패턴(22, 22')은 안테나의 크기를 줄이고 간섭이 없도록 간격을 넓혀 형성하는 것이 바람직하며, 패치부(23, 23')는 파필드(Far Field) 환경에서 인식거리 향상을 위해 안테나의 임피던스 실수 부분 매칭이 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

상기 패치부(23, 23')는 전자파를 충분히 흡수할 수 있도록 메쉬 간격과 폭 이 0.0016λ로 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 도 4에 나타낸 수치는 mm 단위를 생략한 수치로서, 각 패턴의 사양을 나타낸 것이다.

그리고, 상기 루프패턴(21)은 방수코팅 소재로 방수코팅하는 것이 바람직하다.

다음에는 상기한 구성을 갖는 본 발명 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나의 작용을 상세하게 설명한다.

기존 RFID 태그는 알루미늄 에칭이나， 구리 에칭으로 제작이 된다. 알루미늄이나 구리 에칭은 전기 전도도가 높아 저항이 낮다. 이러한 특성은 리더에서 수신된 전력을 사용하여 동작하는 수동형 RFID 태그 안테나에 아주 적합하다.

하지만 제작 단가가 높아 RFID의 활성화에 악영향을 마친다. 반대로 제작 단가가 낮지만 전기적 전도도가 낮은 도전성 잉크는 현재 많은 영역에서 도입되고 있다. 하지만 도전성 잉크는 태그의 소성시간과 온도 그리고 보관 환경에 따라 전기적 저항이 달라지고，전기적 저항이 변하면 칩과 안테나의 부정합으로 태그의 동작 주파수가 이동되어 성능이 낮아지게 된다. 그러나 NF/FF 듀얼 태그는 동작 특성상 도전성 잉크로 설계되어야 하는 기구적인 특성이 있어 전기적인 단점에도 도전성 잉크를 이용하여 에칭타업으로 제작된 일반 상용 태그와 성능이 비슷한 특수 라벨 태그이다.

상기한 NF/FF 듀얼 태그는 근거리 영역 태그와 원거리 영역 태그가 결합된 상태에서도 근거리 영역과 원거리 영역에서 모두 동작한다.

본 발명 태그 안테나의 크기는 79 × 10.5㎟로 일반 라벨 태그와 동등하거나 소형이다. 또한 근거리 영역에서 사용될 루프부분의 크기는 36 × 10.5㎟로 소형 불품에 부착하기에 용이하다. 또한 도전성 영크의 절약을 위해 태그의 방사체 부분을 메쉬구조로 형성하였다.

NF/FF 태그는 분리가 쉽도록 도전성 잉크로 인쇄되어야 한다. 만약 도 3과 같이 천공을 하여 절취선(a, b)을 형성하더라도 에칭 타입으로 태그 안테나를 제작할 경우 분리가 잘되지 않고 패턴이 늘어져서 떨어지는 현상이 발생한다. 만약 태그가 깨끗하게 절취되지 않을 경우 분리된 근거리용 태그의 임피던스에 변화를 주어 태그가 전기적으로 인식되지 않는 현상이 발생할 가능성이 있다. 그러나 실크스크린으로 패턴을 형성할 경우 이러한 현상이 발생하지 않는다.

도 3은 본 발명 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나의 사시도로서, 안테나 분리부(a, b; 절취선)는 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22') 사이의 절단이 쉽도록 절취선을 넣었다.

또한 루프패턴(21)은 방수코팅 소재로 방수코팅하여 루프부분이 액체를 넣거나 고 유전율의 액체가 담긴 시약병, 술병, 플라스틱병 등에 부착할 경우 태그가 액체에 젖더라도 인식이 되도록 할 수 있다.

이러한 방수코팅 소재는 반드시 전자파에 영향을 주지 않는 재질을 사용하여야 하고, 방수 코팅재는 태그 제작 단가를 고려하여 NF 태그 영역에만 도포함을 원칙으로 한다.

본 발명은 알루미늄 에칭으로 제작된 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22') 사이에 분리부(a, b)를 두어 이곳에 도전성 잉크를 도포하여 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22')을 연결함으로서 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22')을 분리부(a, b)를 통해 용이하게 분리할 수 있는 것이다.

위에 제시한 태그는 근거리 영역 태그와 원거리 영역 태그를 분리하여 사용할 경우 근거리 영역에서 동작하지만 원거리 영역에서는 동작하지 못하는 특성을 가지고 있다. 만약 근거리 인식용 부착품의 크기가 크다면 태그를 분리하지 않고 사용하는 것이 좋다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

10 : 유전체 20 : 태그 안테나
21 : 루프패턴 22, 22' : 미엔더 라인 패턴
23, 23' : 패치부 30 : 태그칩
a, b : 안테나 분리부(절취선)

Claims

직사각 판상의 유전체(10)와; 상기 유전체(10) 상에 에칭으로 형성되는 알루미늄 박막으로서, 유전체(10)의 윗면 중앙부에 'ㅁ'자형으로 형성되는 루프패턴(21)과, 상기 루프패턴(21)의 좌우측 유전체(10) 상에 각각 연결 형성되는 미엔더 라인 패턴(22, 22') 및, 상기 미엔더 라인 패턴(22, 22')의 좌우측 유전체(10) 단부 상에 각각 연결 형성되는 패치부(23, 23')로 구성되는 태그 안테나(20) 및; 상기 태그 안테나(20)의 일단부에 실장되는 태그칩(30)으로 구성되고; 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22') 사이에 형성된 안테나 분리부(a, b)에 도전성 잉크가 도포되어 상기 루프패턴(21)과 미엔더 라인 패턴(22, 22')이 연결된 구성으로 이루어진 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나.
제 1항에 있어서, 상기 루프패턴(21)은 임피던스 매칭과 니어필드(Near Field) 환경에서 인식거리 향상을 위해 미엔더 라인 패턴(22, 22') 및 패치부(23, 23')보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나.
제 1항에 있어서, 상기 루프패턴(21)은 방수코팅 소재로 방수코팅된 것을 특징으로 하는 도전성 잉크를 사용하여 동작 영역에 따라 구조 변형할 수 있는 RFID 태그 안테나.
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