KR20060087466A

KR20060087466A - 인쇄된 안테나를 갖는 필름

Info

Publication number: KR20060087466A
Application number: KR1020060009153A
Authority: KR
Inventors: 마쿠스 호멜; 닥터 마이클 콸라
Original assignee: 노르데니아 도이칠란트 그로나우 게엠베하
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2006-08-02
Also published as: CA2534172A1; EP1689020B1; EP1689020A1; US20060176236A1; US7289066B2; JP2006211683A

Abstract

본 발명은 RFID 칩과 더불어 사용하기 위한 인쇄된 안테나(printed on antenna)를 갖는 필름(film)에 관한 것이다. 안테나(1)는 접속단(8)을 구비한 도전체 경로(4)로 구성된다. 본 발명에 따라 도전성 인쇄 잉크를 사용한 인쇄 공정에서 인가된 안테나(1)는 도전체 경로(4)에서 윈도우형 침강부(7)를 가진다. 여기서, 침강부(7)의 면적은 침강부를 갖는 도전체 경로(4)의 전체 면적의 적어도 20%이다.

안테나, 필름, 침강부, RDIF

Description

인쇄된 안테나를 갖는 필름{FILM WITH PRINTED-ON ANTENNA}

도 1은 그라비아 인쇄가 적용된 안테나를 갖는 라벨 필름 웹의 한 섹션을 도시한 도면.

도 2a-2d는 본 발명에 따른 반파장 다이폴 안테나의 다양한 실시예를 도시하는 도면.

도 3은 종래 기술에 따른 반파장 다이폴 안테나를 도시하는 도면.

도 4는 각진 도전체 경로부를 갖는 안테나를 도시하는 도면.

도 5는 안테나 루프를 도시한다.

본 발명은 RFID 칩과 더불어 사용하기 위한 인쇄된 안테나(printed on antenna)를 갖는 필름(film)에 관한 것이다. 여기서, 안테나는 접속단이 제공된 도전체 경로로 구성된다. RFID(Radio Frequency Identification) 칩들은, 판독기를 사용하여 접촉하지 않고도 판독될 수 있는 능동 회로 또는 수동 회로이며, 상품 식별에 적합하다.

인쇄된 반파장 다이폴 안테나를 갖는 라벨 필름은 WO 03/068874 A1에 공개되 어 있다. 이 경우, 전-영역 도전체 경로를 포함하는 안테나는 라벨 필름 상에 인쇄된다. 이 안테나는 2개의 도전체 경로부를 포함하는 도전체 경로로부터 각각 형성된다.

US 2003/080903 A1호는, 복수의 이격된 대칭형 도전성 구조물들이 유전체 기판에 가해진 다이폴 안테나에 관한 것이다. 이격된 구조물들 사이에는 추가의 별도로 가해진 결합 구조물이 제공된다. 설명된 안테나는 이동 전화 핸드셋에 사용되며, 도전체 경로부의 길이가 파장과 직접적으로 상관성을 갖는 통상의 반파장 다이폴 안테나에 비해 전체 크기를 감소시키는 것이 가능하다.

고주파 대역을 위한 플렉시블 기판상의 튜닝가능한 안테나가 US 2002/0003496 A1호에 공개되어 있다. 이 안테나는 전-영역 도전체 경로를 가지며, 안테나 튜닝을 위한 추가의 분리가능한 도전체 구조물을 갖는다. 접속단으로부터 연장하는 도전체 경로를 포함하는 고정된 주파수를 위해 설계된 안테나와 비교해 볼 때, 추가의 구조물을 생성하기 위해 몇 배 더 많은 도전성 안테나 재료가 필요하다.

본 발명의 목적은, 인쇄된 안테나를 갖는 필름의 일괄 생산(series production)을 위한 도전성 인쇄 잉크의 비용과 지출을 감소시키는 것이다. 또한, 안테나는 양호한 기능적 속성들, 특히, 광대역, 높은 반사 손실(return loss)과 낮은 전달 손실(transmission loss)을 특징으로 해야 한다.

이 목적은, 도전체 경로에서 윈도우형 침강부(window-like recess)들을 갖는 도전성 인쇄 잉크를 사용한 인쇄 공정에서 인가된 안테나에 의해, 본 발명에 따라 달성된다. 여기서, 침강부들의 면적은 침강부들을 갖는 도전체 경로의 전체 면적의 적어도 20%이다. 면적 비율에 대한 기준량은 침강부들을 포함하는 도전체 경로의 총 면적이다. 윈도우형 침강부는, 접속단까지의 도전체 경로의 총 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포하도록 적절하게 배열된다. 계획도(plan view)에서, 도전체 경로는 양호하게는 도전체 경로의 세로 방향으로 달리는 2개의 세로 트랙과, 세로 트랙들을 접속하는 복수의 웹(web)으로 구성된 메시 구조를 가진다. 여기서, 상기 메시 구조는 접속단까지의 도전체 경로의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 침강부로 인한 결과로서, 값비싼 인쇄 잉크의 재료 비용은 상당히 감축될 수 있으며, 이 때, 전-영역 도전체 경로를 갖는 안테나에 비해 안테나의 광대역 방출 속성에서 어떠한 열화도 일으키지 않는다. 여기서, 광대역은 안테나의 중심 공진 주파수 위와 아래의 안테나의 전송 속성을 가리킨다.

예를 들어, 라벨 필름 또는 팩킹 필름과 같은, 필름에 적용되는 안테나는 RFID 칩과 사용될 때 융통성있게 사용될 수 있도록, 800 MHz 내지 1000 MHz의 UHF 범위에서는 100 MHz의 광대역이 바람직하고, 2.4G 내지 2.6GHz 의 SHF에서는 1000 MHz의 광대역이 바람직하다. 안테나는, 양호하게는, 기본적으로 공진 범위에서 -10 dB까지의 액티브 반사 손실의 감축이 기본으로서 취해진다면, 100 MHz 이상의 대역폭을 가진다. 안테나의 공진 주파수는 그 형상과 크기(geometry and dimension)로부터 얻어진다. 따라서, 반파장 다이폴 안테나의 경우, 도전체 경로부의 길이는 파장과 직접적으로 상관성이 있다.

원칙적으로, 안테나 상의 인쇄를 위해 다양한 인쇄 방법이 사용될 수 있다. 도전성 인쇄 잉크를 사용한 요판 인쇄(intaglio printing)라고도 알려진 그라비아 인쇄(Gravure printing)는 필름의 일괄 생산에 대해 특히 적합한 것으로 알려졌다. 이 경우, 안테나는 도전성 재료를 포함하는 인쇄 잉크를 사용하여 필름 웹 상에 인쇄된다. 그 다음, 안테나의 전체 도전체 경로의 인쇄는 한개 공정 단계로 발생한다. 양호하게는 폴리에스테르(polyester), 폴리아미드(polyamide), 및 폴리오레핀(polyolefin)으로 된 그룹 중에서 선택되는 폴리머 필름 재료는, 필름 재료로서 간주될 수 있다. 이들은, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 수정된 또는 가교 폴리에틸렌(cross-linked polyethylene), 폴리스틸렌 및 이들 폴리머들의 혼합물 또는 코폴리머리세이트(co-polymerisates)를 포함한다. 필름들은 코익스트루드(coextruded) 또는 다중층으로서 라미네이트될 수 있다.

예를 들어, 필름 웹은 30 ㎛ 내지 150 ㎛의 층 두께를 가진다. 상기 웹은 롤 상품으로서 배포될 수 있다. 각각 하나의 안테나를 포함하는 필름 섹션은 필름 웹으로부터 분리될 수 있다.

50 m/min 이상의 높은 필름 웹 속도에 추가하여, 그라비아 인쇄는 인가된 도전체 경로의 층 두께를 정확하게 크기측정(dimension)할 수 있다. 작은 구조물을 인쇄할 때, 스크린 인쇄에 비해, 예를 들어, 그라비아 인쇄는, 양호한 가장자리 날카로움과, 5㎛ 보다 작은, 거침 정도(roughness depthness)에 의해 구분된다. 따라 서, 10㎛보다 작은 층 두께를 갖는 도전체 경로를 제조하는 것이 가능하다. 여기서, 필름 웹에 인가되는 모든 안테나에 대해 ±1 ㎛의 공차가 유지될 수 있다. 인쇄된 도전체 경로는 그 전체 길이에 걸쳐, 예를 들어 프랙탈과 같은 불규칙적 형태, 또는 양호하게는 둥글거나, 타원형이거나, 또는 직사각형과 같은 규칙적 형태를 갖는 침강부를 포함할 수 있다. 동일한 외부 치수를 갖는 전-영역 안테나에 비해 인쇄된 영역을 감소시킴으로써 사용된 인쇄 잉크의 양이 감축될 수 있어서, 생산 비용이 상당히 저감된다. 침강부들의 면적은, 그 침강부들을 포함하는 도전체의 전체 면적에 비해 적절하게는 20% 이상, 양호하게는 적어도 50%이다.

침강부들의 폭과, 침강부들 사이의 웹들의 두께를 변동시킴으로써, 예를 들어, 공진 주파수와 같은 안테나의 속성들이 구체적으로 변동될 수 있다.

본 발명이 하나의 실시예만을 도시하는 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 안테나(1)가 인쇄된 필름 웹(2)으로부터의 한 섹션을 도시한다. 여기서, 라벨로서 사용되는 복수의 필름(3)은 펀칭-아웃될 수 있으며, 이들 각각은 하나의 안테나(1)를 갖고 있다. 필름 웹(2)은 양호하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성되며, 예를 들어, 30 ㎛ 내지 150 ㎛ 사이의 두께를 가진다. 이들 안테나(1)는 RFID 칩들과 함께 사용되기 위한 것으로서, 800 MHz 내지 1000 MHz의 UHF 범위에서의 결합 또는 2.4G 내지 2.6GHz 의 SHF 범위에서는 결합을 위해 설계되었다. 이들 도전체 경로(4)는 2개의 도전체 경로부(5)로 분할되고, 반파장 다이폴 안테나(6)를 형성한다. 안테나(1)는 도전성 인쇄 잉크를 사용한 로터리 인쇄에 의해 필름 웹(2) 상에 인쇄되며 윈도우형 침강부(7)를 포함한다. 계획도에서 보았을 때 침강부(7)는 직사각형 도전체 경로부(5) 내에 셀들을 형성하고, 안테나(1)의 외부 치수에, 적어도 20%, 양호하게는 적어도 50%의 총 면적을 가진다. 필름 웹(2) 상에 인가되는 인쇄 잉크는 도전성 재료를 포함한다.

윈도우형 침강부는 접속단까지의 도전체 경로의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된다. 양호한 실시예에서, 계획도에서의 도전체 경로(4)는, 도전체 경로의 종방향으로 달리는 2개의 세로 트랙(12)과, 세로 트랙(12)들을 접속하는 복수의 웹(6)으로 구성된 메시 구조를 가진다. 메시 구조는 접속단(8)까지의 도전체 경로(4)의 총 길이에 걸쳐 연장되는 것으로 도면에 도시되어 있다.

도 2a는 인쇄된 반파장 다이폴 안테나(6)를 갖는 라벨로서 이용될 수 있도록 의도된 필름(3)이다. 반파장 다이폴 안테나(6)는, 위에서 보았을 때, RFID 칩에 대해 중앙정렬된 접속단(8)으로부터 좌측이나 우측으로 연장되는 2개의 직사각형 도전체 경로부(5)를 포함한다. 도전체 경로부(5)는 직사각형 윈도우로서 구성된 침강부(7)를 포함한다. 도 2a의 실시예에서, 도전체 경로부(5) 내의 모든 침강부(7)는 동일한 크기가 되도록 구성된다. 침강부들 사이의 웹(9)은 도전체 경로부(5)의 일부이며, 실시예에서는 동일한 웹 폭을 가진다.

도 2b에 도시된 실시예에서, 인쇄된 도전체 경로부(5) 내의 침강부들의 치수는 안테나 단부(10) 쪽으로 갈수록 감소한다.

도 2c의 실시예에서, 침강부(7) 사이에 제공된 웹(9)의 폭은 변동한다. 이들 웹들의 폭은 안테나 단부(10) 쪽으로 갈수록 감소한다.

도 2d의 실시예에서, 도 2b 및 도 2c를 참조하여 기술된 수단들이 결합되었다.

도 2a 내지 2d에 도시된 본 발명에 따른 반파장 다이폴 안테나(6)는 도 3에 도시된 대응하는 종래 기술에 비해 필요한 인쇄 잉크를 상당히 감소시켰고, 따라서 RFID 칩과 함께 사용되기 위한 인쇄된 안테나(1)를 갖는 필름(3)이 보다 값싸게 생성되도록 허용한다.

도 4는 각진 도전체 경로부를 갖는 안테나(1)를 도시한다. 이러한 구조에 의해 안테나의 전체 길이는 동일한 안테나 주파수에 대해 감소될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 안테나 구조로서, 도전체 경로가 안테나 루프(11)를 형성한다. 도시된 실시예에서, 특히 안테나(1)는 그 형상의 결과 쿼드 루프(quad loop) 또는 전파장 루프(full-wave loop)로서 표시되어 있다. 이것은 아주 양호한 수신 성능을 가진다. 도전체 경로 내에 배열된 윈도우형 침강부(11)는 임의의 규칙적이거나 불규칙한 형상을 가질 수 있으며, 양호하게는, 둥글거나, 타원형이거나, 직사각형이다. 실시예에서, 모든 침강부들은 실질적으로 동일한 크기를 가지며, 웹(9)은 동일한 폭을 가진다. 그러나, 상이한 크기를 갖는 침강부(7) 및/또는 상이한 폭을 갖는 웹(9)을 구성하는 것도 역시 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명에 따른 안테나는 큰 대역폭, 높은 반사 손실, 및 낮은 전달 손실에 의해 구분된다. 놀랍게도, 전형적으로 직선 가장자리 및 프로파일을 따른 동일한 폭을 갖는 침강부들은 실질적으로 의미있는 전달 손실을 유발하지 않는다.

Claims

RFID 칩과 사용하기 위한 인쇄된 안테나(1)를 포함하는 필름으로서, 상기 안테나(1)는 접속단(8)을 구비한 도전체 경로(4)로 구성된 것인, 상기 필름에 있어서,

도전성 인쇄 잉크를 사용한 인쇄 공정에서 인가된 상기 안테나(1)는 도전체 경로(4)에서 윈도우형 침강부(7)를 가지며, 상기 침강부(7)의 면적은 상기 침강부(7)를 갖는 도전체 경로(4)의 총 면적의 20% 이상인 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항에 있어서, 상기 윈도우형 침강부(7)는 상기 접속단(8)까지의 상기 도전체 경로(4)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서, 계획도에서 상기 도전체 경로(4)는 상기 도전체 경로의 세로 방향으로 이어지는 2개의 세로 트랙(12)과, 상기 세로 트랙(12)들을 접속하는 복수의 웹(web, 9)으로 구성된 메시 구조를 가지며, 상기 메시 구조는 상기 접속단(8)까지의 상기 도전체 경로(4)의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나(1)는 800 MHz 내지 1000 MHz 사이의 UHF 범위, 또는 2.4 GHz 내지 2.6 GHz 사이의 SHF 범위에서의 여기(excitation)를 위해 설계된 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 만일 공진 범위 내에서 -10 dB까지의 반사 손실(return loss)의 감축이 기본으로서 취해진다면, 상기 안테나(1)는 적어도 100 MHz의 대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인가된 도전체 경로(4) 내의 침강부(7)는 임의의 규칙적이거나 불규칙적인 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 특징.
제6항에 있어서, 상기 인가된 도전체 경로 내의 침강부(70)는 둥글거나, 타원형이거나, 직사각형인 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나(1)의 도전체 경로(4)는 2개의 비대칭으로 배열된 도전체 경로부(5)로 구성되며, 반파장 다이폴 안테나(6)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 필름.
제8항에 있어서, 상기 도전체 경로부(5)는 안테나 단부(10) 방향으로, 직선형, 곡선형 또는 각진(angled) 형상으로 이어지는 것을 특징으로 하는, 필름.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 인가된 도전체 경로부(5) 내의 침강부(7)들의 치수는 상기 안테나 단부(10) 쪽으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는, 필름.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침강부(7)들 사이의 상기 웹 폭은 상기 안테나 단부(10) 쪽으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나(1)의 상기 도전체 경로(4)는 안테나 루프(11)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머 계열의 필름, 다중층 코익스트루드 필름(multilayer co-extruded film) 또는 라미네이트가 필름 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 필름.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄된-안테나(1)는 그라비아 인쇄 방법(gravure printing method)으로 상기 필름(3) 상에 인쇄된 것을 특징으로 하는, 필름.