KR20140030120A - 투명한 미세 패턴화된 rfid 안테나 및 이를 포함하는 물품 - Google Patents

투명한 미세 패턴화된 rfid 안테나 및 이를 포함하는 물품 Download PDF

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KR20140030120A
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rfid
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매튜 에이치 프레이
리준 주
윌리엄 씨 에그버트
스와가타 알 바네르지
로버트 에이 사이나티
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

RFID 디바이스에서 사용하기에 적합한 안테나는 절연성 기판 및 이 기판 상에 또는 이 기판 내에 배치된 제1 전도성 미세 패턴을 포함하고, 제1 전도성 미세 패턴은 연속적인 메쉬 도체를 정의한다. 제1 전도성 미세 패턴은 적어도 915 ㎒의 주파수에 응답하는 안테나를 형성하고, 0.5 내지 20 마이크로미터의 범위에 있는 배선 폭을 가지는 상호연결된 배선을 포함한다. 게다가, 제1 전도성 미세 패턴은 80% 또는 90% 이상의 개구 면적 분율을 특징으로 한다. RFID 디바이스는 안테나 및 안테나를 사용하여 신호를 전송 및 수신하도록 구성되어 있는 집적 회로를 포함한다. 금융 거래 카드 또는 ID 카드 등의 카드는 카드층에 실려 있는 이러한 안테나를 포함한다.

Description

투명한 미세 패턴화된 RFID 안테나 및 이를 포함하는 물품{Transparent Micropatterned RFID Antenna and Articles Incorporating Same}
본 발명은 일반적으로 RFID(radio frequency identification) 디바이스에 관한 것이며, 특히 이러한 디바이스에서 사용되는 안테나에 적용된다. 본 발명은 또한 관련 물품, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
RFID(Radio-Frequency Identification) 기술이 운송, 출하, 제조, 폐기물 관리, 우편 추적, 항공 수하물 자동분류 및 고속도로 통행료 관리를 비롯한 많은 산업에서 널리 사용되어지고 있다. RFID 태그 및 라벨은 공급자부터 고객까지 그리고 심지어 의 공급망에 걸쳐 배송을 추적하는 데 유용하다.
전형적인 RFID 시스템은 복수의 RFID 태그 또는 라벨, RFID 태그 또는 라벨과 통신하기 위한 안테나를 갖는 적어도 하나의 RFID 판독기 또는 검출 시스템, 그리고 RFID 판독기를 제어하는 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. RFID 태그는 접착제층을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. RFID 라벨은 전형적으로 RFID 태그를 물품에 부착하기 위한 접착제층을 가지는 RFID 태그이다. RFID 판독기는 에너지 또는 정보를 태그 또는 라벨에 제공할 수 있는 송신기와, 식별자 및 기타 정보를 태그 또는 라벨로부터 수신하는 수신기를 포함한다. 컴퓨팅 디바이스는 RFID 판독기에 의해 획득된 정보를 판독 및/또는 기록, 그리고 처리할 수 있다.
일반적으로, RFID 태그 또는 라벨로부터 수신되는 정보는 특정의 응용 분야에 특유한 것이지만, 종종 태그가 부착되어 있는 물품의 식별을 제공한다. 예시적인 물품으로는 제조 품목, 선적 컨테이너, 책, 파일, 동물, 또는 거의 모든 다른 유형적인 물품(tangible article)이 있다. 부가의 정보가 또한 물품에 대해 제공될 수 있다. 태그 또는 라벨은, 제조 공정 동안에, 예를 들어, 제조 동안 자동차 섀시의 페인트 색상 또는 기타 유용한 정보를 나타내기 위해 사용될 수 있다.
RFID 판독기의 송신기는 태그 또는 라벨이 정보를 전달하는 RF 신호를 반송할 수 있게 해주는 전자기장을 생성하기 위해 그의 안테나를 통해 RF 신호를 출력한다. 송신기는 변조된 출력 신호로 그의 안테나를 구동하기 위해 증폭기를 사용한다.
종래의 RFID 태그 또는 라벨은 내부 전원을 포함하고 있는 "능동(active)" 태그 또는 라벨일 수 있거나, RFID 판독기 안테나에 의해 생성된 전자기장(field)에 의해 에너지를 공급받는 "수동(passive)" 태그 또는 라벨일 수 있다. 에너지를 공급받으면, 태그 및 라벨은 사전-정의된 프로토콜을 사용하여 통신을 하며, 그로써 RFID 판독기는 하나 이상의 태그 또는 라벨로부터 정보를 수신할 수 있게 된다. 컴퓨팅 디바이스는 RFID 판독기로부터 정보를 수신하고 데이터베이스의 갱신과 같은 어떤 동작을 수행함으로써 정보 관리 시스템으로서 역할을 한다. 그에 부가하여, 컴퓨팅 디바이스는 송신기를 통해 태그 또는 라벨에 데이터를 프로그램하는 메카니즘으로서 역할할 수 있다.
RFID 태그 및 회로를 제조하는 각종의 방법이 공지되어 있고, 미국 특허 제6,805,940호(Koskenmaki 등); 미국 특허 제6,816,125호(Kuhns 등); 미국 특허 제6,399,258호(O'Brien 등); 미국 특허 출원 공개 제US 2003/0151028호(Lawrence 등); 미국 특허 출원 공개 제US 2004/0175515호(Lawrence 등); 미국 특허 출원 공개 제US 2002/0018880호(Young); PCT 공개 제WO 03/038748호(Leerkamp 등); 및 PCT 공개 제WO 00/42678호(Vega 등)를 포함한다.
미세 패턴화된 전도성 물질의 형태로 되어 있는 전기 도체가 공지되어 있다. 이들 구성에서, 금속 또는 기타 적당한 전기 전도성 물질의 층이 전기 절연성 기판 상에 배치된다. 전도성 선형 특징부의 2차원 메쉬를 형성하기 위해 금속층이 미세 패턴화된다. 예시적인 미세 패턴화된 도체가 하기의 특허 문서들 중 하나 이상의 문서에 기술되어 있다: PCT 공개 제WO 2009/108765호(Frey 등), 제WO 2009/108771호(Zu 등), 제WO 2009/154812호(Frey 등), 및 제WO 2010/099132호(Moran 등).
이러한 패턴화된 도체가 큰 "개구 면적 분율(open area fraction)"을 가지는 패턴을 사용하여 낮은 시인성(visibility) 또는 높은 투명도를 갖도록 제조될 수 있지만, 어떤 특정의 응용에 대한 이러한 도체의 적합성이 알려져 있지 않다. 상세하게는, RFID 응용에서 안테나로서 사용하는 것에 대한 이러한 도체의 적합성이 알려져 있지 않고 불확실하다. 예를 들어, 90% 이상 또는 95% 이상, 또는 95 내지 98%의 범위에 있는 개구 면적 분율을 가지는 미세 패턴화된 도체에 특히 주목하면서, 몇가지 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체를 연구하였고, 어떤 RFID 응용에서 안테나로서의 그의 적합성을 평가하였다. 이것은 각종의 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체를 안테나로서 사용하여 각종의 RFID 디바이스를 제조하고, 얻어진 디바이스를 RFID 판독기에서 테스트함으로써 행해졌다.
이 연구의 결과는 이러한 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체(때때로 전도성 미세 패턴이라고도 함)가 어떤 RFID 디바이스에서는 유용하게 될 수 있지만, 다른 RFID 디바이스에서는 그만큼 유용하지 않다는 것을 보여준다. RFID 디바이스는, 그 중에서도 특히, 동작하도록 설계되어 있는 전자기 주파수에 따라, 여러 크기, 형상 및 설계로 나오고 있다. 어떤 RFID 디바이스는 전자기 스펙트럼의 저주파(Low Frequency)(LF) 부분에 있는, 즉 30 KHz 내지 300 KHz의 범위에 있는 전자기 스펙트럼의 범위에 있는 주파수에서 동작하도록 설계되어 있다. 다른 RFID 디바이스는 전자기 스펙트럼의 고주파(High Frequency)(HF) 부분에 있는, 즉 3 ㎒ 내지 300 ㎒의 범위에 있는 전자기 스펙트럼의 범위에 있는 주파수에서 동작하도록 설계되어 있다. 또 다른 RFID 디바이스는 전자기 스펙트럼의 극초단파(Ultra High Frequency)(UHF) 부분에 있는, 즉 300 ㎒ 내지 3 ㎓의 범위에 있는 전자기 스펙트럼의 범위에 있는 주파수에서 동작하도록 설계되어 있다. 미국에서는, RFID 디바이스용으로 예비되어 있는 특정의 주파수는 HF 영역에 있는 13.56 ㎒, 및 UHF 영역에 있는 902 내지 928 ㎒를 포함한다. 세계의 다른 국가 또는 영역은 RFID용으로 다른 특정의 주파수를 예비해두고 있다. 미국에서 사용되는 902 내지 928 ㎒ 주파수는 868 ㎒ 내지 956 ㎒의 범위에 있는 RFID 응용에 사용되는 보다 넓은 UHF 주파수 대역 내에 있다. 다른 국가들은 RFID를 위해 이 보다 넓은 UHF 대역 내의 다른 주파수를 이용한다. 예를 들어, 몇몇 유럽 국가들은 RFID용으로 868 ㎒를 예비해 두고 있다. 일본에서는, 956 ㎒가 RFID용으로 예비되어 있다.
90% 이상 또는 95% 이상의 개구 면적 분율을 나타내는 높은 투명도의 미세 패턴화된 금속 도체가 전자기 스펙트럼의 UHF 부분에서 동작하는 RFID 안테나에 대해, 예컨대, 915 ㎒에서 또는 860 ㎒ 내지 960 ㎒의 범위에서 동작하는 RFID 안테나에 대해 적합하게 될 수 있다는 것을 알았다.
따라서, 본 출원은, 그 중에서도, RFID 디바이스에 사용하기에 적합한 안테나를 개시하고 있다. 안테나는 절연성 기판 및 이 기판 상에 또는 이 기판 내에 배치된 제1 전도성 미세 패턴을 포함할 수 있고, 제1 전도성 미세 패턴은 연속적인 메쉬 도체를 정의한다. 제1 전도성 미세 패턴은 적어도 915 ㎒의 주파수에 응답하는 안테나를 형성할 수 있고, 0.5 내지 20 마이크로미터의 범위에 있는 배선(trace) 폭을 가지는 상호연결된 배선을 포함할 수 있다. 게다가, 제1 전도성 미세 패턴은 80% 이상 또는 90% 이상의 개구 면적 분율에 의해 특징지워질 수 있다.
어떤 경우에, 개구 면적 분율은 95% 이상이거나 95 내지 98%의 범위에 있을 수 있다. 어떤 경우에, 제1 전도성 미세 패턴은 금속을 포함하는 불투명 물질로 이루어져 있을 수 있다. 어떤 경우에, 금속은 은, 금, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 합금 및 그 조합 중에서 선택된다. 어떤 경우에, 제1 전도성 미세 패턴은 두께가 2 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만, 또는 30 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 어떤 경우에, 배선 폭은 1 내지 10 마이크로미터, 또는 1 내지 5 마이크로미터, 또는 1.5 내지 4 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 어떤 경우에, 배선 폭이 5 마이크로미터 미만, 2 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만일 수 있다. 어떤 경우에, 제1 전도성 미세 패턴은 0.1 내지 200 오옴/스퀘어(ohm/square)의 범위에 있는, 또는 1 내지 50 오옴/스퀘어의 범위에 있는 유효 면저항을 특징으로 할 수 있다. 어떤 경우에, 절연성 기판은 투명할 수 있다. 어떤 경우에, 안테나는 50% 초과, 70% 초과, 또는 90% 초과의 가시광 투과율 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 안테나들 중 임의의 안테나를, 안테나를 사용하여 신호를 전송 및 수신하도록 구성되어 있는 집적 회로와 함께, 포함하는 RFID 디바이스를 개시하고 있다. 어떤 경우에, 안테나는 902 내지 928 ㎒ 주파수 호핑 모드에서 1 와트 방사 전력으로 동작하는 RFID 판독기가 디바이스와 통신할 수 있는 최대 거리를 생성하도록 조정될 수 있다. 최대 거리는, 예를 들어, 1 센티미트 내지 2 미터, 또는 1.5 센티미터 내지 1 미터, 또는 2 내지 50 센티미터 또는 2.5 내지 30 센티미터의 범위에 있을 수 있다.
앞서 기술한 바와 같은 안테나를 집적 회로와 함께 포함하는 디바이스, 및 860 ㎒ 내지 960 ㎒의 주파수 또는 주파수들에서 0.2 와트 내지 5 와트 방사 전력으로 동작하는 RFID 판독기를 포함하는 RFID 시스템이 또한 개시되어 있고, 여기서 안테나는 RFID 판독기가 디바이스와 통신할 수 있는 최대 거리가 1 센티미터 내지 2 미터, 또는 1.5 센티미터 내지 1 미터, 또는 2 센티미터 내지 50 센티미터, 또는 2.5 센티미터 내지 30 센티미터의 범위에 있도록 조정되어 있다. 어떤 경우에, 최대 거리는 30 센티미터 미만, 10 센티미터 미만, 또는 5 센티미터 미만이다.
또한, 카드층, 카드층에 실려 있는 안테나, 및 안테나를 사용하여 신호를 전송 및 수신하도록 구성되어 있는 집적 회로를 포함하는 카드가 개시되어 있다. 안테나는 연속적인 메쉬 도체를 정의하는 전도성 미세 패턴을 포함할 수 있고, 전도성 미세 패턴은 적어도 915 ㎒의 주파수에 반응하는 안테나를 형성한다. 전도성 미세 패턴은 또한 0.5 내지 20 마이크로미터의 범위에 있는 배선 폭을 가지는 상호연결된 배선을 포함할 수 있고, 전도성 미세 패턴은 80% 이상 또는 90% 이상의 개구 면적 분율을 특징으로 할 수 있다. 어떤 경우에, 카드층은 가시 파장에 대해 광 투과성일 수 있다. 어떤 경우에, 개구 면적 분율은 95 내지 98%의 범위에 있을 수 있다. 어떤 경우에, 제1 전도성 미세 패턴은 은, 금, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 합금 및 그 조합 중에서 선택된 금속을 포함하는 불투명 물질로 이루어져 있을 수 있다. 어떤 경우에, 제1 전도성 미세 패턴은 두께가 2 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만, 또는 30 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 어떤 경우에, 배선 폭은 0.5 내지 20 마이크로미터, 또는 1 내지 10 마이크로미터, 또는 1 내지 5 마이크로미터, 또는 1.5 내지 4 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 어떤 경우에, 배선 폭은 5 마이크로미터 미만, 2 마이크로미터 미만, 또는 1 마이크로미터 미만일 수 있다.
관련 방법, 시스템 및 물품이 또한 논의된다.
본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기의 개요는 청구된 기술적 요지를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 그 기술적 요지는 절차를 수행하는 동안 보정될 수도 있는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
<도 1>
도 1은 RFID 디바이스 및 RFID 판독기를 포함하는 RFID 시스템의 개략 등각도.
<도 2>
도 2는 전자기 스펙트럼의 고주파(HF), 초단파(VHF) 및 극초단파(UHF) 부분을 포함하는 전자기 스펙트럼의 일부분을 나타낸 도면.
<도 3>
도 3은 UHF 주파수에서 테스트된 슬롯 안테나의 개략 정면도 또는 상면도.
<도 4a, 도 4b 및 도 4c>
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 HF 주파수에서 사용하도록 설계된 상이한 RFID 안테나의 개략 정면도, 상면도 또는 평면도.
<도 4d 및 도 4e>
도 4d 및 도 4e는 UHF 주파수에서 사용하도록 설계된 상이한 RFID 안테나의 개략 정면도, 상면도 또는 평면도.
<도 5>
도 5는 안테나 등의 물품의 높은 투명도의 전도성 영역의 개략 등각도.
<도 6a>
도 6a는 정사각형 또는 직사각형 미세 패턴을 가지는 높은 투명도의 전도성 영역의 개략 정면도 또는 상면도.
<도 6b>
도 6b는 도 6a의 것과 동일하지만, "단절된 메쉬(broken mesh)"를 이용하는, 공칭 미세 패턴을 가지는 높은 투명도의 비전도성 영역의 개략 정면도 또는 상면도.
<도 7a>
도 7a는 육각형 미세 패턴을 가지는 높은 투명도의 전도성 영역의 개략 정면도 또는 상면도.
<도 7b>
도 7b는 도 7a의 것과 동일하지만, "단절된 메쉬"를 이용하는, 공칭 미세 패턴을 가지는 높은 투명도의 비전도성 영역의 개략 정면도 또는 상면도.
<도 7c>
도 7c는 높은 투명도의 전도성 영역과 높은 투명도의 비전도성 영역 - 이들 영역은 동일한 공칭 미세 패턴을 가짐 - 을 가지는 물품의 개략 정면도 또는 상면도.
<도 8>
도 8은 의사-랜덤 메쉬 미세 패턴을 가지는 높은 투명도의 전도성 영역의 현미경 사진.
<도 9>
도 9는 검출가능한 영상을 포함하는 전도성 영역의 개략 정면도 또는 상면도.
<도 9a, 도 9b 및 도 9c>
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 도 9에서의 영역(914)의 개략 확대 정면도 또는 상면도로서, 상이한 도면은 검출가능한 영상을 형성하는 어떤 상이한 기법을 나타냄.
<도 10>
도 10은 UHF 안테나를 가지는 RFID 디바이스를 포함하는 카드 또는 유사한 물품의 개략 등각 분해도.
도면에 있어서, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
그 중에서도 특히, 어떤 RFID 디바이스에 안테나로서 유용한 것으로 밝혀진 높은 투명도의 전도성 구조물, 그리고 ID 카드(identification card) 및 거래 카드(transaction card) 등의 이러한 안테나를 포함하는 물품이 본 명세서에 기술되어 있다. 이와 같이, 카드 또는 다른 물품은 무선 주파수 신호의 형태로 정보를 수신하거나 전송하기 위해 감소된 시인성 및 충분한 전자기적 특성의 조합을 가지는 RFID 안테나의 형태로 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체를 포함할 수 있다. 적당한 도체는 금속, 중합체, 금속 산화물, 및 복합물을 포함하며, 이에 대해서는 이하에서 더 논의한다. 특히 바람직한 도체는 금속이다. 예시적인 미세 패턴화된 도체는 미세 패턴의 개구 면적 분율, 전도성 배선의 두께, 및 전도성 배선의 가로 폭 등의 어떤 특성 또는 특질을 특징으로 한다. 미세 패턴의 개구 면적 분율은 바람직하게는 80, 90, 또는 95% 초과이거나, 95 내지 98%의 범위에 있다. 전도성 배선의 두께는 바람직하게는 20 나노미터 내지 10 마이크로미터(미크론)의 범위에 있거나, 2 마이크로미터 미만이거나, 1 마이크로미터 미만이거나, 30 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위에 있다. 전도성 배선의 가로 폭은 바람직하게는 0.1 내지 20 마이크로미터, 또는 0.5 내지 20 마이크로미터, 또는 0.5 내지 10 마이크로미터, 또는 1 내지 5 마이크로미터, 또는 1.5 내지 4 마이크로미터의 범위에 있거나, 20, 10, 6, 5, 4, 3, 2, 또는 1 마이크로미터 미만이다.
도 1에서, 예시적인 RFID 시스템(110)은 능동 또는 수동 RFID 태그 또는 라벨이거나 이를 포함할 수 있는 RFID 디바이스(114) 및 RFID 판독기(112)를 포함하고 있다. 판독기(112)는 RFID 디바이스(114)에 의해 수신되도록 조정되어 있는 특정의 주파수 또는 주파수들에서 전자기 신호(122b)를 방출한다. 판독기(112)는 또한 디바이스(114)에 의해 방출되는 전자기 신호(112a)를 수신하고 검출하며, 여기서 신호(112a)는 전형적으로 신호(122b)와 동일하거나 유사한 주파수를 가진다. 신호(122a)는 디바이스(114)에 관한 또는 디바이스(114)가 부착되어 있는 또는 디바이스가 매립되어 있는 물품에 관한 정보를 포함하도록 변조될 수 있다.
RFID 디바이스(114)는 전기 절연성 기판(116) 및 기판 상에 또는 기판 내에 형성된 안테나(118)를 포함하고 있다. 안테나(118)는 적절한 주파수의 전자기 방사를 수신하고 전송하도록 적당히 형상화되어 있는 높은 투명도의 전기 전도성 영역을 특징으로 한다. 전도성 영역은 기판(116)의 비전도성 영역(116a, 116b)과 구분된다. 높은 투명도의 전도성 영역의 미세 패턴화된 성질에 대해 이하에서 더 논의한다.
기판(116)은 임의의 적당한 유전체 또는 기타 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 기판(116)은 본질적으로 단일 물질층으로 이루어져 있을 수 있거나, 부가의 층을 포함하고 더 복잡한 구성을 가질 수 있다. 기판(116)은 원하는 바에 따라 경성 또는 연성일 수 있다. 또한, 예시적인 실시 형태에서, 기판(116)이 실질적으로 광 투과성(예컨대, 투명 또는 반투명)이지만, 다른 경우에, 기판은 단지 낮은 레벨의 광 투과율을 가질 수 있거나, 심지어 불투명일 수 있다. 적당한 기판의 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등의 중합체 필름이 있다. 다른 적당한 기판은 미국 특허 제5,882,774호(Jonza 등) 또는 제7,271,951호(Weber 등)(둘 다 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)에 개시된 것들 중 임의의 것과 같은 다층 광학 필름 및 관련 필름, 반사체, 편광기, 필터 및 물품을 포함하고 있다. RFID 디바이스(114)가 투명한(transparent 또는 clear) 거래 카드 또는 ID 카드의 일부이고, 카드 구성에 적외선 차단 필름 또는 필터가 또한 포함되어 있는 경우에, 안테나는 적외선 차단 필름 바로 위에 배치되어 있을 수 있다. 일 실시 형태에서, 적외선 차단 필름은 수직 입사 가시광에 대해 높은 투과율(예컨대, 400 내지 700 ㎚에서 70% 이상의 평균 투과율)을 제공하지만 근적외선광을 실질적으로 차단하도록(예컨대, 800 내지 1000 ㎚의 수직 입사 광에 대해 8% 이하 또는 5% 이하의 평균 투과율을 가질 수 있도록) 조정된 굴절률 및 두께를 가지는 교번하는 중합체층으로 이루어진 다층 광학 필름이거나 이를 포함할 수 있다. 적용된 안테나(118)를 갖는 기판(116)은 기술 분야에 공지된 방법에 의해, 카드를 형성하기 위해 또는 다른 원하는 물품을 형성하기 위해 다른 물질들로 라미네이트될 수 있다.
안테나(118)의 기하학적 형태 및 특성은 RFID 디바이스(114)의 원하는 동작 주파수에 의존한다. 예를 들어, 902 내지 928 ㎒ 또는 2.45 ㎓에서 동작하는 RFID 디바이스는 전형적으로 선형 다이폴 안테나 또는 접이식 다이폴 안테나 등의 다이폴 안테나 또는 싱글 턴 루프 안테나(single turn loop antenna)를 포함할 것이다. 이와 달리, 13.56 ㎒(또는 이와 유사한 주파수)에서 동작하는 RFID 디바이스는 전형적으로 나선형 코일 안테나 또는 멀티 턴 코일 안테나(multi-turn coil antenna)를 사용할 것이다. 그렇지만, 이들 일반화가 제한하는 것으로 해석되어서는 안되고, 다른 안테나 설계가 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있다. 어쨌든, 안테나(118)는 조사 방사원(interrogation source) 또는 판독기(112)에 의해 방사되는 무선 주파수 에너지(122b)를 가로채기한다. 이 신호 에너지는 전력 및 명령(또는 기타 정보) 둘 다를 디바이스(114)로 전달할 수 있다. 안테나(118)는 RFID 디바이스가 이하에서 더 논의되는 집적 회로(120)에 전원을 공급하기에 충분한 에너지를 흡수할 수 있게 해줄 수 있고, 그로써 검출될 응답을 제공할 수 있게 해준다. 이와 같이, 안테나의 특성이 안테나가 포함되어 있는 시스템에 정합되어야만 한다. 높은 ㎒ 내지 ㎓ 범위에서 동작하는 RFID 디바이스의 경우에, 중요한 특성은 안테나 길이다. 전형적으로, 다이폴 안테나의 유효 길이는 조사 신호의 반파장 또는 반파장의 배수에 가깝도록 선택된다. 반파장 안테나가 크기 제한으로 인해 사용될 수 없는 낮거나 중간의 ㎒ 영역(예를 들어, 13.56 ㎒)에서 동작하는 RFID 디바이스의 경우에, 어떤 중요한 특성은 안테나 인덕턴스 및 안테나 코일의 권선수이다. 이들 안테나 유형 둘 다에 대해, 양호한 전기 전도성이 필요하다. 게다가, 안테나와 집적 회로 사이의 최대 에너지 전달을 위해, 집적 회로의 입력 임피던스가 안테나의 임피던스와 정합해야만 한다. 기술 분야의 당업자는 안테나에 관한 부가 정보를, 예를 들어, 문헌[K. Finkenzeller, "RFID Handbook. Radio-Frequency Identification Fundamentals and Applications," (1999 John Wiley & Sons Ltd, Chichester, West Sussex, England)] 등의 참조 문헌으로부터 알고 있다.
안테나의 도체 미세 패턴이 유사한 불투명한 두꺼운 금속(예컨대, 18 마이크로미터 두께의 구리) 안테나의 효율 미만이도록 정교하게 조정된 효율을 달성하도록 설계될 수 있다는 것을 알았다. 특정의 보다 낮은 레벨의 안테나 효율이, 예를 들어, 안테나가 한 세트의 주어진 파라미터로 동작하는 조사 방사원 또는 판독기와 RFID 디바이스 사이의 통신을 제공하게 될 거리를 조정하는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 메쉬의 형태로 되어 있는 도체 미세 패턴을 포함하는 투명한 또는 숨겨져 있는 안테나 설계는, 우리가 발견한 바에 기초하여, 판독기가 여전히 RFID 디바이스와 성공적으로 통신할 수 있는 최대 거리를 생성하도록 조정될 수 있다. 이러한 최대 거리는, 예를 들어, 1 센티미터 내지 2 미터, 또는 1.5 센티미터 내지 1 미터, 또는 2 내지 50 센티미터, 또는 2.5 내지 30 센티미터일 수 있다. 대안적으로, 이러한 최대 거리는 30 센티미터 미만, 10 센티미터 미만, 또는 5 센티미터 미만일 수 있다. UHF 영역에서 동작하는 RFID 디바이스에 대해 이들 최대 통신 거리의 범위가 달성될 수 있다. 최대 거리를 제한된 범위 내에 유지하는 것은 유리하게도 도둑 또는 해커가 민감한 정보를 포함하는 RFID 디바이스(예컨대, RFID 디바이스가 금융 거래 카드 또는 ID 카드의 일부인 경우)를 판독하거나 조사할 기회를 감소시킬 수 있다. 판독기로부터 전송된 전력과 RFID 디바이스에 의해 수신된 전력 사이의 관계가 Friis 방정식에 의해 주어지고, 이에 대해서는 이하에서 더 논의한다. 예컨대, US 동작: 902 내지 928 ㎒, 주파수 호핑 모드, 및 1 와트 등가 방사 전력에 대한 RFID 조사 방사원 또는 판독기의 경우, 특정의 원하는 RFID 동작 범위에 대해 최대 통신 거리의 범위가 달성될 수 있다.
집적 회로(IC)(120)는 RFID 판독기(112)와 통신할 수 있도록 안테나(118)에 연결되어 있다. IC(120)는 RFID 디바이스(114)의 주 식별 기능을 제공할 수 있다. 이와 같이, IC는 태그 식별 정보 및 기타 바람직한 정보를 영구적으로 저장하고, 조사 하드웨어로부터 수신된 명령을 해석하고 처리하며, 조사기에 의한 정보 요청에 대해 응답하고, 하드웨어가 다수의 태그들이 조사에 동시에 응답하는 것으로 인한 충돌을 해결하는 데 도움을 주는 소프트웨어 및 회로를 포함한다. IC는 선택적으로 정보를 단지 판독하는 것(판독 전용)보다는 그의 메모리에 저장된 정보를 갱신하는 것(판독/기록)을 제공할 수 있다. RFID 디바이스(114)에 사용하기에 적합한 집적 회로(120)는, 그 중에서도 특히, Texas Instruments(미국 텍사스주 달라스 소재)(예컨대, 그의 TAG-IT 계열의 제품), NXP Semiconductors(네덜란드 아인트호벤 소재)(예컨대, 그의 I-CODE, MIFARE, 또는 HITAG 계열의 제품), 및 ST Microelectronics(스위스 제네바 소재)로부터 입수가능한 것을 포함한다.
도 1은 RFID 디바이스(114)가 RFID 판독기(112)와 정렬된 방식으로 배향되어 있는 것을 나타낸 것이다. 즉, 기판(116)에 수직이고 안테나(118)의 중심점을 통과하는 축은 또한 RFID 판독기(112)와 교차한다. 도 1은 또한 디바이스(114)와 판독기(112)를 거리 D만큼 떨어져 있는 것으로 도시하고 있다. 주어진 RFID 디바이스의 성능을 산정 또는 평가하는 데 사용되는 한가지 성능 지수는 판독기(112)가 여전히 성공적이고 신뢰성있게 RFID 디바이스(114)와 통신할 수 있는 최대 거리 D이다. 이 최대 거리는 본 명세서에서 Dmax라고 한다. Dmax 초과의 거리 D에서, 판독기(112)는 RFID 디바이스(114)와 성공적으로 통신할 수 없다. Friis 방정식과 관련하여, Dmax는 수신 전력 Pr이 이를 넘어서면 RFID 디바이스에 있는 규소 다이를 턴온시키기에 불충분한 거리로서 이해될 수 있다.
도 2는 전자기 방사의 주파수 f로 나타낸, 전자기 스펙트럼의 관련 부분을 나타낸 것이다. 상부 선형 스케일은 0 내지 3 ㎓ 초과의 범위에 있는 주파수를 나타낸 것이고; 하부 선형 스케일은 0 내지 300 ㎒ 초과의 주파수를 확장된 스케일로 나타낸 것이다. 이들 스케일은 모두 합하여 3 ㎒부터 30 ㎒까지 뻗어 있는 고주파(HF) 영역, 30 ㎒부터 300 ㎒까지 뻗어 있는 초단파(VHF) 영역, 및 300 ㎒부터 3 ㎓까지 뻗어 있는 극초단파(UHF) 영역을 나타낸다. 또한, 미국에서의 RFID 시스템에 관련되어 있는 13.56 ㎒, 915 ㎒ 및 2.45 ㎓의 특정의 주파수들이 도시되어 있다. 915 ㎒ 주파수는 미국에서 902 내지 928 ㎒ 대역의 중앙에 있고, 앞서 언급한 868 ㎒ 내지 956 ㎒의 범위에 있는 보다 넓은 UHF 주파수 대역 내에 있다.
높은 투명도의 미세 패턴화된 도체에 대해 더 상세히 기술하기 전에, 제조되고 테스트된 어떤 안테나 설계에 대해 살펴본다.
도 3에, 슬롯 안테나 디바이스(310)가 도시되어 있다. 디바이스(310)는 공칭 정사각형 형상의 절연성 기판(312)을 포함하고 있다. 비전도성 슬롯 영역(312a)을 제외하고는 기판(312)의 모든 영역을 덮기 위해 전도성 층이 기판(312) 상에 또는 기판(312) 내에 배치되어 있고, 그로써 전도성 층이 슬롯 안테나(314)을 형성한다. 예시적인 실시 형태에서, 전도성 층은 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체를 포함하고, 그의 설계에 대해서는 이하에서 더 논의한다. 적절한 경우, 주어진 관심의 주파수 범위에서 동작하도록 디바이스(310)의 치수가 선택될 수 있다. 한 예에서, 기판(312) 또는 안테나(314)의 외측 경계는 약 15 ㎝ × 15 ㎝의 정사각형을 형성하고, 슬롯 영역(312a)은 5 ㎝ × 0.5 ㎝의 치수를 가진다. 이들 치수는 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
동축 케이블(316) 또는 기타 적당한 케이블은, 도시된 바와 같이, 접촉 패드(318a, 318b)를 통해 슬롯 영역(312a)의 중앙에서 또는 그 근방에서 안테나(314)의 적당한 부분에 연결될 수 있다. 접촉 패드는, 예를 들어, 전기 전도성 접착제 등을 통해 전도성 층에 부착된 구리 테이프 탭이거나 이를 포함할 수 있다. 케이블(316)은 안테나(314)에 의해 수신된 신호를 검출 또는 측정할 수 있고 구동 신호를 안테나(314)로 송신하여 안테나로 하여금 전자기 방사를 방출할 수 있는 테스트 장비에 안테나(314)를 연결시키는 것을 용이하게 해주는 커넥터(320)를 포함하고 있다. 대안의 실시 형태에서, 케이블(316)이 생략될 수 있고, IC 또는 기타 적당한 RFID 회로가 슬롯 영역(312a)의 중앙에서 또는 그 근방에서 안테나(314) 상에 탑재될 수 있다.
도 3에 도시된 설계의 안테나가 제조되고 테스트되었다. 안테나의 설계 상세 및 테스트 결과가 이하에서 실시예 섹션에 제공되어 있다.
도 4a 내지 도 4e는 부가의 안테나 설계를 나타낸 것이다. 도 4a 내지 도 4c의 안테나는 13.65 ㎒ 등의 HF 주파수에서 사용하기에 적합한 권선형 또는 나선형 설계를 가지고 있고; 도 4d 및 도 4e의 안테나는 915 ㎒ 등의 UHF 주파수에서 사용하기에 적합한 다이폴 또는 접이식 다이폴 설계를 가진다.
도 4a에서, 안테나 디바이스(410)는 비전도성 영역(412a, 412b) 및 안테나(414)를 제공하기 위해 나선형 형상으로 형성된 전도성 영역을 가지는 기판(412)을 포함하고 있다. 비전도성 영역(412a, 412b)은 나선형 형상의 비전도성 영역(도시 생략)에 의해 서로 토포그래픽적으로 연결되어 있다. 안테나(414)의 반대쪽 단부에, 선택적으로 중실(solid)일 수 있는(즉, 메쉬의 형태로 미세 패턴화되어 있지 않은) 접촉 패드(414a, 414b)가 형성된다. 원하는 경우, 접촉 패드(414a, 414b)를 통해 안테나(414)에 결합되도록 적합한 IC가 디바이스(410)에 탑재될 수 있다.
도 4b에서, 안테나 디바이스(420)는 비전도성 영역(422a, 422b) 및 안테나(424)를 제공하기 위해 나선형 형상으로 형성된 전도성 영역을 가지는 기판(422)을 포함하고 있다. 비전도성 영역(422a, 422b)은 나선형 형상의 비전도성 영역(도시 생략)에 의해 서로 토포그래픽적으로 연결되어 있다. 안테나(424)의 반대쪽 단부에, 선택적으로 중실일 수 있는(즉, 메쉬의 형태로 미세 패턴화되어 있지 않은) 접촉 패드(424a, 424b)가 형성된다. 선택적으로 중실일 수 있는(즉, 메쉬의 형태로 미세 패턴화되어 있지 않은) 보조 접촉 패드(425a, 425b)를 제공하기 위해 부가의 접촉 패드가 기판 상에 또는 기판 내에 제공되어 있다. 원하는 경우, 접촉 패드(424b)가 점퍼 와이어 등에 의해 접촉 패드(425a)에 연결될 수 있고, 적합한 IC가 접촉 패드(424a, 425b)를 통해 안테나(424)에 결합되도록 디바이스(420)에 탑재될 수 있다.
도 4c에서, 안테나 디바이스(430)는 비전도성 영역(432a, 432b) 및 안테나(434)를 제공하기 위해 나선형 형상으로 형성된 전도성 영역을 가지는 기판(432)을 포함하고 있다. 비전도성 영역(432a, 432b)은 나선형 형상의 비전도성 영역(도시 생략)에 의해 서로 토포그래픽적으로 연결되어 있다. 안테나(434)의 반대쪽 단부에, 선택적으로 중실일 수 있는(즉, 메쉬의 형태로 미세 패턴화되어 있지 않은) 접촉 패드(434a, 434b)가 형성된다. 보조 접촉 패드(435a, 435b)를 제공하기 위해 다른 전도성 메쉬 영역(435)이 기판 상에 또는 기판 내에 제공되어 있다. 원하는 경우, 접촉 패드(434a)가 점퍼 와이어 등에 의해 접촉 패드(435a)에 연결될 수 있고, 적합한 IC가 접촉 패드(434b, 435b)를 통해 안테나(434)에 결합되도록 디바이스(430)에 탑재될 수 있다.
도 4d에서, 안테나 디바이스(440)는 비전도성 영역(442a) 및 안테나(444)를 제공하기 위해 접이식 다이폴 형상으로 형성된 전도성 영역을 가지는 기판(442)을 포함하고 있다. 선택적으로 중실일 수 있는(즉, 메쉬의 형태로 미세 패턴화되어 있지 않은) 안테나의 부분(444a, 444b)이 접촉 패드로서 사용될 수 있다. 원하는 경우, 접촉 패드(444a, 444b)를 통해 안테나(444)에 결합되도록 적합한 IC가 디바이스(440)에 탑재될 수 있다.
도 4e에서, 안테나 디바이스(450)는 비전도성 영역(452a) 및 안테나(454)를 제공하기 위해 접이식 다이폴 형상으로 형성된 전도성 영역을 가지는 기판(452)을 포함하고 있다. 선택적으로 중실일 수 있는(즉, 메쉬의 형태로 미세 패턴화되어 있지 않은) 안테나의 부분(454a, 454b)이 접촉 패드로서 사용될 수 있다. 원하는 경우, 접촉 패드(454a, 454b)를 통해 안테나(454)에 결합되도록 적합한 IC가 디바이스(450)에 탑재될 수 있다.
예시적인 실시 형태에서, 메쉬의 형태로 되어 있는 낮은 시인성 또는 높은 투명도의 미세 패턴화된 전도성 물질에 의해 개시된 RFID 안테나의 전도성 영역(들)이 제공된다. 이들 구성에서, 금속 또는 기타 적당한 전기 전도성 물질의 층이 전기 절연성 기판 상에 또는 그 기판 내에 배치된다. 상호연결된 배선을 포함하는 2차원 연속적 메쉬를 형성하기 위해 금속층이 미세 패턴화된다. 이와 관련하여, "상호연결된 배선을 포함하는 연속적 메쉬"는 개구 셀(open cell)을 정의하는 네트워크 또는 그리드를 형성하는 전도성 배선의 패턴을 말하고, 여기서 네트워크 또는 그리드는 셀마다 (단절 없이) 전기적으로 연결되어 있다. 예시적인 메쉬 또는 미세 패턴의 기하학적 형태가 본 명세서에서 다른 곳에 기술되어 있다. 어떤 경우에, 디바이스의 광학적 균일성을 유지하기 위해 및/또는 안테나를 검출하기 더 어렵게 만들기 위해, 메쉬 또는 미세 패턴이 전도성 영역(메쉬가 연속적임) 및 비전도성 영역 모두 상에 균일하게 뻗어 있을 수 있지만, 메쉬 패턴에서의 선택적인 단절("단절된 메쉬"를 생성함)이 비전도성 영역에 제공되어 그 영역을 비전도성으로 만들며, 이에 대해서는 이하에서 더 기술한다. 선택적인 단절이 서로 전기적으로 연결되어 있지 않지만 1차적인 목적이 광학적 균일성을 유지하는 것인 "더미" 요소 또는 전기적 부유 요소로서 역할하는 금속 세그먼트의 집합체를 생성한다. 어떤 경우에, "더미" 요소가 비전도성 영역들 중 하나, 일부 또는 전부로부터 완전히 생략될 수 있다.
대표적인 미세 패턴화된 전도성 물질이 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5에서, 물품(501), 또는 물품의 일부분(안테나 디바이스의 일부분 등)이 기판(530) 상에 배치된 미세 패턴화된 도체(540)에 의해 제공되는 높은 투명도의 전도성 영역을 가진다. 도체(540)는 전형적으로 미세한 메쉬 패턴을 정의하도록 패턴화된, 형상화된 또는 다른 방식으로 형성된 전기 전도성 박막(예컨대, 금속 박막)이다. 메쉬 패턴은 메쉬 패턴을 구성하는 전도성 배선의 (1) 폭, (2) 밀도, 및 (3) 밀도의 균일성으로 정의될 수 있다. 밀도 대신에, 개구 면적 분율이라고 하는 역수 또는 상보적 파라미터가 정의될 수 있다. 개구 면적 분율은 단순히 1 - 관심의 전도성 영역 상의 전도성 배선에 의해 점유되는 면적 분율(퍼센트로 표현됨)이다. (전도성 배선에 의해 점유되는 면적 분율은 또한 음영된 면적 분율(shadowed area fraction)이라고도 할 수 있다.) 이러한 개구 면적 분율을 계산하기 위해, 달리 언급하지 않는 한, 관심의 영역이 "더미" 요소만을 포함하는 부분보다는 물품의 전도성 부분에 대응해야만 한다. 게다가, 기술 분야의 당업자라면, 개구 면적 분율 또는 다른 특성의 적절한 측정 또는 계산을 하기 위해, 관심의 영역이 미세 패턴의 스케일에 대해 적절히 선택되어야만 한다는 것을 잘 알 것이다. 이러한 계산 또는 측정이 이상적으로는 관심의 영역과 동일한 미세 패턴을 갖지만 미세 패턴이 무한한 영역 전체에 걸쳐 반복되거나 다른 방식으로 뻗어 있는 무한한 크기의 영역에 대해 계산하는 것과 동일해야만 한다.
메쉬 패턴은 임의의 원하는 형상(예컨대, 규칙적 및 반복적, 또는 불규칙적 및 비반복적)일 수 있다. 규칙적 반복 패턴의 경우, 메쉬는 기하 도형(예를 들어, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 마름모, 사다리꼴, 육각형, 칠각형 등)의 형태로 되어 있는 단위 셀(가장 작은 반복 패턴)을 가질 수 있다. 다른 경우에, 예를 들어, 이하에서 도 8에 도시된 바와 같이, 메쉬는 랜덤한 또는 의사-랜덤한 형상을 비롯한 상이한 형상을 갖는 셀들로 이루어져 있을 수 있다. 랜덤한 도체 패턴이 상분리에 의해 랜덤한 셀 구조물을 발생하는 프로세스로부터 도출될 수 있다.
도 5의 물품(501)은 규칙적인 반복 정사각형 또는 마름모-형상의 미세 패턴을 가지는 것으로 도시되어 있다. 도체(540)가 없는 기판(530) 상의 위치가 개구 영역(532)을 구성한다. 도체(540)는 두께(570)를 가지며, x-방향을 따라 배선 폭(552)을 갖고 y-방향을 따라 배선 폭(562)을 갖도록 패턴화되어 있다. 배선은 x-방향을 따라 피치(550)를 가지며, y-방향을 따라 피치(560)를 가진다. 간단한 등방적 또는 대칭적 실시 형태에서, 폭(552, 562)은 실질적으로 동일할 수 있고, 피치(550, 560)도 역시 실질적으로 동일할 수 있다. 등방적이거나 대칭적이지 않을 수 있는 다른 실시 형태에서, 상이한 면내 방향을 따른 배선 폭이 상이할 수 있고, 상이한 면내 방향을 따른 배선 피치도 역시 상이할 수 있다.
원하는 기하학적 형태를 발생할 수 있는 임의의 적당한 방법에 의해 미세 패턴화된 도체가 형성될 수 있다. 그 방법들은 광 패턴화 방법(예컨대, 포토리소그라피), 레이저 패턴화 방법(예컨대, 레이저 경화, 레이저 어블레이션, 및 레이저 노광 + 현상), 및 인쇄 방법(예컨대, 그라비어 인쇄, 플렉소 인쇄 및 미세 접촉 인쇄)을 포함한다. 미세 패턴화된 도체에 대한 형성 방법은, 선택적으로 상기한 패턴화 단계들 중 임의의 것과 함께, 에칭 또는 도금 단계(예를 들어, 무전해 도금 단계)를 포함할 수 있다. 개시된 RFID 안테나의 미세 패턴화된 도체를 형성하는 데 특히 유용한 방법은, 미국 특허 제5,512,131호(Kumar 등) 및 PCT 공개 제WO 2009/154812호(Frey 등)에 기술된 바와 같이, 미세 접촉 인쇄 및 에칭의 조합을 포함한다. 미세 접촉 인쇄와 에칭의 조합은 본 명세서에 기재된 조건들을 만족시키는 안테나 패턴을 형성하는 데 사용될 수 있고, 이어서 하나 이상의 집적 회로 등의 적당한 전자 회로가 높은 투명도의 안테나에 부착된다.
적당한 전도성 물질은 은, 금, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 그 합금, 및 그 조합 등의 금속; 및 금속 입자-충전된 중합체 잉크 등의 복합물을 포함한다. 특히 바람직한 도체는 금속이다.
이미 앞서 언급한 바와 같이, 예시적인 미세 패턴화된 도체는 80, 90 또는 95% 초과의, 또는 95 내지 98%의 범위에 있는 개구 면적 분율을 나타낸다. 예시적인 미세 패턴화된 도체는 또한 20 나노미터 내지 10 마이크로미터의 범위에 있거나, 2 마이크로미터 미만이거나, 1 마이크로미터 미만이거나, 30 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위에 있는 전도성 배선의 두께를 나타낸다. 바람직하게는, 전도성 배선의 가로 폭은 0.1 내지 20 마이크로미터, 또는 0.5 내지 20 마이크로미터, 또는 0.5 내지 10 마이크로미터, 또는 1 내지 5 마이크로미터, 또는 1.5 내지 4 마이크로미터의 범위에 있거나, 20, 10, 6, 5, 4, 3, 2, 또는 1 마이크로미터 미만이다. 바람직하게는, 미세 패턴의 배선간 피치는 300 마이크로미터 미만이다.
미세 패턴화된 도체의 주요 광학적 특성은 이미 논의된 미세 패턴의 개구 면적 분율이다. 다른 중요한 광학적 특성은 미세 패턴화된 물품의 전도성 부분(들)의 가시광 투과율 및 탁도는 물론, 전도성 배선 시인성을 포함한다. 예시적인 실시 형태에서, 개시된 물품의 전도성 영역의 탁도값은 10, 5, 또는 2% 미만이다. 주어진 물품 또는 그의 전도성 부분의 탁도는, 예를 들어, BYK-Gardner(미국 매릴랜드주 컬럼비아 소재)로부터 입수가능한 Haze-Gard Plus 계기를 사용하여 측정될 수 있다. 또한, 예시적인 실시 형태에서, 개시된 물품의 전도성 영역(예를 들어, 절연성 기판 및 전도성 미세 패턴을 포함하는 안테나)은 미세 패턴의 전도성 영역에서의 가시광 투과율 값이 50, 60, 70, 80, 또는 90% 초과이거나, 80 내지 90%의 범위에 있다.
미세 패턴화된 도체의 주요 전기적 특성은 물품의 전도성 부분의 면저항이다. 예시적인 실시 형태에서, 임의의 주어진 면내 방향을 따른 면저항은 0.1 내지 200 오옴/스퀘어의 범위에 있거나, 1 내지 100 오옴/스퀘어의 범위에 있거나, 50, 20, 10, 5, 1, 또는 심지어 0.1 오옴/스퀘어 이하이다.
이제 도 6a를 참조하면, 배선(612)에 의해 형성된 정사각형 또는 직사각형 미세 패턴을 가지는 높은 투명도의 전도성 영역(610a)의 개략 정면도 또는 상면도가 있다는 것을 알 수 있다. 도 6a의 패턴은 도 5의 패턴과 유사하지만, 배선의 피치의 분율인 배선(612)의 가로 폭이 도 5에 도시된 것보다 작다. 도 6a에서의 배선의 피치가 하나의 면내 축을 따라서는 620a로 표시되어 있고, 직교 면내 축을 따라서는 630a로 표시되어 있다. 이들 피치는, 전도성 영역(610a)의 원하는 특성에 따라, 동일하거나 상이할 수 있다. 이와 마찬가지로, 배선의 가로 폭이, 전도성 영역(610a)의 원하는 특성에 따라, (패턴을 형성하는 상이한 배선에 대해) 직교 면내 축을 따라 동일하거나 상이할 수 있다.
도 6b는 높은 투명도의 비전도성 영역(610b)의 개략 정면도 또는 상면도이다. 영역(610b)이 전기 전도성이지 않도록 선택적인 단절(611)이 포함되어 있는 것을 제외하고는, 영역(610b)은 도 6a의 것과 동일한 공칭 미세 패턴을 가진다. 선택적인 단절(611)이 도 6b의 단절된 메쉬 미세 패턴을 따른 전기의 흐름을 방지하는 것을 제외하고는, 도 6b의 패턴을 형성하는 배선은 도 6a의 패턴을 형성하는 것과 동일하거나 유사할 수 있다 - 예컨대, 도 6a의 실시 형태에서와 동일하거나 유사한 금속 또는 다른 전도성 물질의 박층으로 이루어져 있을 수 있다 -. 단절이 바람직하게는 비교적 짧다 - 예를 들어, 30, 20, 10, 또는 심지어 2 마이크로미터 미만임 -.
단절을 패턴 피치에 대해 짧게 만드는 것에 의해 그리고 패턴의 각각의 단위 셀 내에 적은 수(예컨대, 10개 미만)의 단절을 가지는 것에 의해, 단절된 미세 패턴을 포함하는 비전도성 영역(610b)이 보통의 관찰자 또는 물품의 사용자에게 전도성 영역(610a)과 동일하거나 거의 동일한 외관을 갖도록 만들어질 수 있다. 이러한 외관의 유사성은 유리하게도 전도성 영역(610a)과 같은 전도성 영역 및 비전도성 영역(610b)과 같은 비전도성 영역을 사용하여 형성되는 RFID 안테나를 숨기는 데 사용될 수 있다. 이와 같이, 배선(612)의 존재가 그 위치에서의 물품의 가시광 투과율을, 예를 들어, 단지 5 또는 10% 만큼 감소시키도록 전도성 영역(610a)이 90 또는 95% 이상의 개구 면적 분율을 갖더라도, 물품의 비전도성 부분이 전도성 물질의 배선을 전혀 구비하고 있지 않은 경우, 관찰자는 안테나의 기하학적 레이아웃과 함께 물품의 이웃하는 부분에 대한 그 레이아웃의 가시광 투과율의 5 또는 10% 차의 결과로서 안테나를 여전히 인지할 수 있다. 다른 한편으로, 안테나를 구성하는 전도성 부분에 이웃하는 물품의 비전도성 부분에 도 6b의 것과 같은 절단된 배선 패턴을 제공함으로써, 이웃하는 부분의 가시광 투과율이 거의 일치하도록 될 수 있고, 이웃하는 부분들 사이의 가시광 투과율(또는 대비)의 차가 크게 감소될 수 있으며, 따라서 안테나가 사용자 또는 보통의 관찰자에게 훨씬 덜 눈에 띄고 덜 명백하게 된다.
도 7a는 다른 높은 투명도의 전도성 영역(710a)의 개략 정면도 또는 상면도이다. 영역(710a)은 정사각형 미세 패턴보다는 육각형 미세 패턴을 형성하도록 배열되어 있는 전도성 물질의 배선(712)을 이용한다. 육각형 단위 셀의 마주하는 측면(배선)의 쌍은 3개의 면내 축을 정의하고, 이 축을 따라 배선 피치가 정의될 수 있으며, 그 축들 중 하나가 도 7a에서 720a로 표시되어 있다. 정육각형 형상에 대해, 3개의 축을 따른 피치가 모두 동일할 수 있지만, 길쭉한 또는 왜곡된 육각형 형상이 사용되는 경우, 상이한 면내 축을 따른 피치가 상이할 수 있다.
개구 면적 분율에 대해 본 명세서의 다른 곳에서 논의된 예시적인 값 및 범위, 도체 배선 두께, 도체 배선 가로 폭, 도체 배선 피치, 가시광 투과율, 탁도, 및 면저항이 도 7a의 전도성 영역(710a)에 똑같이 적용가능하다.
도 7b는 높은 투명도의 비전도성 영역(710b)의 개략 정면도 또는 상면도이다. 영역(710b)이 전기 전도성이지 않도록 선택적인 단절(711)이 포함되어 있는 것을 제외하고는, 영역(710b)은 도 7a의 것과 동일한 공칭 미세 패턴을 가진다. 선택적인 단절(711)이 도 7b의 단절된 미세 패턴을 따른 전기의 흐름을 방지하는 것을 제외하고는, 도 7b의 패턴을 형성하는 배선은 도 7a의 패턴을 형성하는 것과 동일하거나 유사할 수 있다 - 예컨대, 도 7a의 실시 형태에서와 동일하거나 유사한 금속 또는 다른 전도성 물질의 박층으로 이루어져 있을 수 있다 -. 단절은 바람직하게는 비교적 짧고(예를 들어, 30, 20, 10, 또는 심지어 2 마이크로미터 미만), 충분히 적은 수(예컨대, 10개 미만)의 단절이 각각의 육각형 단위 셀에 포함되어 있으며, 따라서 영역(710b)의 시각적 외관이 전도성 영역(710a)의 시각적 외관과 동일하거나 거의 동일하게 될 수 있다. 시각적 외관에서의 유사성은 유익하게도 영역(710a, 710b)이 RF 디바이스 상의 이웃하는(예컨대, 상보적인) 영역을 차지할 때 RF 안테나를 감추는 데 사용될 수 있다.
도 7c는 (예컨대, 다이폴 안테나 또는 기타 안테나의 일부로서의) 높은 투명도의 전도성 영역(710a), 및 이웃하는 높은 투명도의 비전도성 영역(710b)을 포함하는 RFID 안테나 디바이스 등의 물품(710c)의 개략 정면도 또는 상면도이다. 영역(710a, 710b)은 전도성 물질의 배선(712)으로 형성되는 동일한 공칭 육각형 미세 패턴을 갖지만, 영역(710b)을 비전도성으로 만들기 위해 그 영역에 단절(711)이 제공되어 있다. 영역(710a)과 영역(710b) 사이의 경계는 본 명세서에 개시된 안테나 디바이스들 중 임의의 것(예컨대, 도 3 또는 도 4a 내지 도 4e와 관련하여 기술된 안테나 디바이스들 중 임의의 것)의 전도성 부분과 비전도성 부분 사이의 경계를 나타낼 수 있다.
도 8은 의사-랜덤 메쉬 미세 패턴을 가지는 높은 투명도의 전도성 영역(810)의 현미경 사진이다. 개시된 RFID 안테나 디바이스에서의 미세 패턴화된 도체에 대해 규칙적인 반복 패턴보다는 랜덤한, 의사-랜덤한 및 불규칙적인 패턴이 사용될 수 있다. RFID 안테나가 눈에 보이는 라인, 셀 또는 기타 특징부를 포함하는 다른 구성요소에 부착되거나 다른 방식으로 그와 결합되는 경우에 원하지 않는 모아레 패턴을 감소시키기 위해 불규칙적인 패턴 등이 사용될 수 있다.
어떤 경우에, 하나 이상의 표식 또는 기타 영상을 높은 투명도의 전도성 영역에 포함시키는 것이 바람직할 수 있고, 이 경우 표식이 사용자에게 아주 잘 보이거나 두드러질 수 있거나, 대안적으로 표식이 단지 최소한으로만 보일 수 있다. 어떤 경우에, 표식이 숨겨져 있을 수 있지만(즉, 사람의 육안에 쉽게 보이거나 명백하지 않음), 확대 하에서, 특정의 조명 파장(들) 하에서, 및/또는 특정의 조명각 및/또는 시야각 하에서와 같은 특수 조건 하에서 검출가능할 수 있다. 어떤 경우에, 표식이, 안테나를 주로 통과하는(예를 들어, 관찰자에 대해 배면측으로부터 안테나에 입사하는) 조명으로 볼 때, 눈에 잘 보이지 않거나 심지어 전혀 보이지 않을 수 있고, 관찰자와 실질적으로 동일한 안테나의 측면으로부터 안테나에 주로 입사하는(예를 들어, 관찰자의 관찰 방향으로부터 90도 미만의 각도로 안테나에 입사하는) 조명으로 볼 때, 보이거나 실질적으로 더 잘 보일 수 있으며; 이러한 실시 형태에서, 도체 패턴을 포함하는 물질은 바람직하게는 반사성이다. 숨겨져 있거나 아주 잘 보일 수 있는 예시적인 표식(912)이 전도성 영역(910)과 관련하여 도 9에 개략적으로 도시되어 있다. 원하는 바에 따라, 표식은 브랜드 휘장 또는 보안 휘장, 또는 기타 형상 또는 형상들의 형태를 취할 수 있다. 표식은 메쉬 디자인 자체에 포함될 수 있고, 및/또는 안테나층 또는 전도성 영역에 고유의 시각적 특징부를 제공하기 위해 부가의 미세 패턴 특징부가 (미세 패턴화된 도체의) 원래의 전도성 배선 패턴에 부가될 수 있다. 부가의 미세 패턴 특징부의 형상 또는 패턴은 안테나 패턴의 기능적 측면에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않을 수 있다(예컨대, 전도성 영역의 면저항에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않음).
부가적인 미세 패턴 특징부의 예는 광을 반사시키거나 회절시키는 도트 어레이 및 라인 어레이를 포함하고, 여기서 어레이(들)는 표식의 형상을 정의한다. 부가적인 미세 패턴 특징부의 다른 예는 도체 패턴의 안테나 기능 부분을 이루고 있는 라인 요소의 배향과 상이한 배향을 갖는 라인 요소를 포함한다. 부가적인 미세 패턴 특징부를 포함하는 어떤 경우에, 전도성 요소는 바람직하게는 반사성일 수 있다. 도 9a 내지 도 9c는 도 9의 것과 같은 표식을 제공하기 위해 사용될 수 있는 부가적인 미세 패턴 특징부의 어떤 예를 제공한다. 비교를 위해 그리고 논의의 편의상, 도 9a 내지 도 9c 각각은 표식(912)의 일부분과 원래의 또는 수정되지 않은 미세 패턴화된 전도성 영역을 나타내는 배경 부분도 포함하는 도 9에서의 영역(914)을 나타내는 것으로서 도시되어 있다.
도 9a에서, 육각형 패턴으로 배열된 전도성 물질의 배선(920)은 높은 투명도의 전도성 영역을 제공한다. 표식 부분(924)을 전도성 영역의 배경 부분(922)과 구분하기 위해, 부가적인 미세 패턴 특징부(926)(이 경우에, 격리된 도트의 패턴)가 또한 기판 상에 또는 기판 내에 제공되어 있다. 표식 부분과 배경 부분 사이의 경계를 나타내기 위해 파선 안내선(912a, 912b)이 그려져 있고, 안내선은 도 9에 도시된 표식에서의 "M"의 일부를 형성한다. 미세 패턴 특징부(926)는 미세 패턴화된 도체의 배선(920)을 형성하는 동일한 전도성 필름 또는 물질로 이루어져 있을 수 있거나, 전기 비전도성 또는 절연성 물질을 비롯한 상이한 물질(예컨대, 임의의 다른 적당한 도체 또는 다른 적당한 물질)로 이루어져 있을 수 있다. 미세 패턴 특징부(926)는 표식 부분에서 광을 회절시킬 정도로 충분히 작을 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 특징부(926)는 3 × 3 마이크로미터 치수의 정사각형일 수 있고, 이들 정사각형은 인접한 정사각형의 중심간 간격이 10.2 마이크로미터인 육각형 어레이로 배열되어 있다.
도 9b에서, 육각형 패턴으로 배열된 전도성 물질의 배선(940)은 높은 투명도의 전도성 영역을 제공한다. 표식 부분(944)을 전도성 영역의 배경 부분(942)과 구분하기 위해, 부가적인 미세 패턴 특징부(946)[이 경우에, 배선(940)에 가깝게 배열된 라인 세그먼트의 패턴]가 또한 기판 상에 또는 기판 내에 제공되어 있다. 표식 부분과 배경 부분 사이의 경계를 나타내기 위해 파선 안내선(912a, 912b)이 그려져 있고, 안내선은 도 9에 도시된 표식에서의 "M"의 일부를 형성한다. 미세 패턴 특징부(946)는 미세 패턴화된 도체의 배선(940)을 형성하는 동일한 전도성 필름 또는 물질로 이루어져 있을 수 있거나, 전기 비전도성 또는 절연성 물질을 비롯한 상이한 물질(예컨대, 임의의 다른 적당한 도체 또는 다른 적당한 물질)로 이루어져 있을 수 있다.
도 9c에서, 육각형 패턴으로 배열된 전도성 물질의 배선(960)은 높은 투명도의 전도성 영역을 제공한다. 표식 부분(964)을 전도성 영역의 배경 부분(962)과 구분하기 위해, 부가적인 미세 패턴 특징부(966a, 966b)(이 경우에, 상이하게 배향되어 있는 격리된 라인 세그먼트의 세트)가 또한 기판 상에 또는 기판 내에 제공되어 있다. 표식 부분과 배경 부분 사이의 경계를 나타내기 위해 파선 안내선(912a, 912b)이 그려져 있고, 파선은 도 9에 도시된 표식에서의 "M"의 일부를 형성한다. 미세 패턴 특징부 세트(966a, 966b) 중 하나 또는 둘 다는 미세 패턴화된 도체의 배선(960)을 형성하는 동일한 전도성 필름 또는 물질로 이루어져 있을 수 있거나, 전기 비전도성 또는 절연성 물질을 비롯한 상이한 물질(예컨대, 임의의 다른 적당한 도체 또는 다른 적당한 물질)로 이루어져 있을 수 있다.
도 10은 UHF 안테나(1020)를 가지는 RFID 디바이스를 포함하는 카드 또는 유사한 물품(1010)의 개략 등각 분해도이다. 물품은 제2 층 또는 부분(1014)에 라미네이트되어 있거나 다른 방식으로 부착되어 있는 제1 층 또는 부분(1012)을 포함한다. 제1 층은 물품의 의도된 용도(예컨대, 사진 정보, 영숫자 정보, 엠보싱된 특징부 및 보안 특징부)에 적절한 요소 또는 특징부를 포함할 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 물품(1010)은 개인의 운전 면허증을 나타내지만, 다른 경우에, 금융 거래 카드(신용 카드 및 직불 카드를 포함함), ID 카드, 지불 카드 등과 같은 다른 물품이거나 이를 포함할 수 있다. 제2 층(1014)은 비전도성 영역들(1018) 사이에 절연성 기판 또는 필름 - 이 기판 또는 필름 상에 또는 그 내에 높은 투명도의 전도성 영역(1016)이 형성되어 있음 - 을 포함하고 있고, 전도성 영역은 안테나(1020)를 형성하도록 형상화되어 있다. 전도성 영역(1016)에는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체들 중 임의의 것이 제공되어 있다. 카드 제조 공정 동안 그리고 사용 동안 향상된 신뢰성 및 내구성을 제공하기 위해, 미세 패턴화된 도체는 바람직하게는 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 금속 산화물 전도성 물질보다는 금속 전도성 물질을 사용한다. 물품(1010)은 또한 RFID 판독기와 통신하기 위해 안테나(1020)에 결합된 작은 RFID 집적 회로(도시 생략)를 포함하도록 구성되어 있다.
카드는 ID 및 거래 카드 분야에 공지되어 있는 그리고 보안, 통신 또는 그래픽 특징부 또는 기능을 제공할 수 있는 다른 구조물, 구성요소 또는 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 비전도성 영역(1018)은, 카드가 전체로서 광 투과성이도록 설계되어 있는 경우에 특히, 영역(1016)과 영역(1018) 사이의 대비를 감소시키고 따라서 안테나(1020)의 시인성을 감소시키기 위해 단절된 미세 패턴(예컨대, 도 6b, 도 7b, 도 7c 참조)을 포함하고 있다. 어떤 광 투과성 카드는 높은 가시광 투과율을 갖지만 근적외선 파장 대역에 걸쳐 광을 흡수, 반사 또는 다른 방식으로 차단하는 근적외선 필터를 포함하는 것으로 알려져 있으며, 따라서 이 카드는 카드의 존재를 검출하기 위해 ATM(automatic teller machine)에서 사용되는 적외선 LED 또는 유사한 광원으로부터의 광을 차단할 수 있다. 이러한 경우에, 이미 앞서 언급한 바와 같이, 안테나는 적외선 차단 필름 바로 위에 배치될 수 있다. 적외선 차단 필름은 수직 입사 가시광에 대해 높은 투과율을 제공하지만 근적외선광을 실질적으로 차단하도록 조정된 굴절률 및 두께를 가지는 교번하는 중합체층으로 이루어진 다층 광학 필름이거나 이를 포함할 수 있다. 적용된 안테나(1020)를 갖는 층(1014)은 기술 분야에 공지된 방법에 의해, 카드를 형성하기 위해 또는 다른 원하는 물품을 형성하기 위해 다른 물질들로 라미네이트될 수 있다.
어떤 경우에, RFID 태그의 형태로 되어 있는 디바이스는 집적 회로 및 안테나를 포함하고 있으며, 여기서 안테나는 약 30 나노미터 내지 약 1 마이크로미터의 범위에 있는 금속 두께, 0.5 내지 10 마이크로미터의 범위에 있는 폭의 배선, 90% 이상의 개구 면적 분율, 및 1 내지 200 오옴/스퀘어의 범위에 있는 유효 면저항을 가지는 금속 전도성 메쉬 미세 패턴을 포함한다. 게다가, 카드는, 본 명세서의 다른 곳에서 기술하는 바와 같이, 전술한 태그를 포함할 수 있고, 카드가 선택적으로 투명하다. 또한, RFID 시스템은 전술한 태그를, 860 ㎒와 960 ㎒ 사이의 주파수 또는 주파수들에서 0.2 와트와 5 와트 사이의 방사 전력으로 동작하는 판독기와 함께, 포함할 수 있고, RFID 판독기가 디바이스와 통신할 수 있는 최대 거리가 1 센티미터 내지 2 미터의 범위에 있도록 안테나가 조정된다.
여기서 안테나는 약 30 나노미터 내지 약 1 마이크로미터의 범위에 있는 금속 두께, 1 내지 5 마이크로미터의 범위에 있는 폭의 배선, 95% 이상의 개구 면적 분율, 및 1 내지 100 오옴/스퀘어의 범위에 있는 유효 면저항을 가지는 금속 전도성 메쉬 미세 패턴을 포함한다. 게다가, 카드는, 본 명세서의 다른 곳에서 기술하는 바와 같이, 전술한 태그를 포함할 수 있고, 카드가 선택적으로 투명하다. 또한, RFID 시스템은 전술한 태그를, 860 ㎒와 960 ㎒ 사이의 주파수 또는 주파수들에서 0.2 와트와 5 와트 사이의 방사 전력으로 동작하는 판독기와 함께, 포함할 수 있고, RFID 판독기가 디바이스와 통신할 수 있는 최대 거리가 1 센티미터 내지 2 미터의 범위에 있도록 안테나가 조정된다.
어떤 경우에, RFID 태그의 형태로 되어 있는 디바이스는 집적 회로 및 안테나를 포함하고 있으며, 여기서 안테나는 약 30 나노미터 내지 약 1 마이크로미터의 범위에 있는 금속 두께, 1 내지 5 마이크로미터의 범위에 있는 폭의 배선, 95% 내지 98%의 범위에 있는 개구 면적 분율, 및 1 내지 100 오옴/스퀘어의 범위에 있는 유효 면저항을 가지는 금속 전도성 메쉬 미세 패턴을 포함한다. 게다가, 카드는, 본 명세서의 다른 곳에서 기술하는 바와 같이, 전술한 태그를 포함할 수 있고, 카드가 선택적으로 투명하다. 또한, RFID 시스템은 전술한 태그를, 860 ㎒와 960 ㎒ 사이의 주파수 또는 주파수들에서 0.2 와트와 5 와트 사이의 방사 전력으로 동작하는 판독기와 함께, 포함할 수 있고, RFID 판독기가 디바이스와 통신할 수 있는 최대 거리가 1 센티미터 내지 2 미터의 범위에 있도록 안테나가 조정된다.
실시예
본 명세서에 논의된 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체를 사용하여 몇개의 RFID 안테나 디바이스가 제조되고 테스트되었다.
실시예 1 및 비교 실시예 1
실시예 1에 대해, 도 3에 도시된 유형의 투명 슬롯 안테나가 높은 투명도의 미세 패턴화된 도체를 사용하여 제조되었다. 전도성 영역의 외측 경계는 15 ㎝ × 15 ㎝였다. 전도성 영역의 내측 경계[즉, 안테나의 중심에 있는 비전도성 슬롯 영역(312a)]는 5 ㎝ × 0.5 ㎝였다. 패턴화된 도체는 투명한 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET, 제품 코드 ST504, 125 마이크로미터 두께, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 E. I. DuPont de Nemours and Company)의 기판 상에 배치된 은 금속 박막으로 이루어져 있고, PCT 공개 제WO 2009/154812호(Frey 등)에 기술된 미세 접촉 인쇄 방법에 따라 패턴화되었다. 미세 패턴(즉, 메쉬의 기하학적 형태)의 설계는 랜덤한 형상의 셀을 이용하였으며, 그의 현미경 사진(투과율을 나타냄)이 도 8에 나타내어져 있다. 평균 셀 크기(횡방향 치수 또는 피치)는 약 200 마이크로미터였다. 모든 배선에 대한 배선 폭은 약 1.5 마이크로미터였다. 은 금속의 두께는 약 100 나노미터였다. 전도성 영역의 개구 면적 분율은 약 98.5%였다. 전도성 영역의 면저항은 약 30 내지지 40 오옴/스퀘어인 것으로 측정되었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전도성 접착제를 사용하여, 2개의 구리 테이프 탭이 중앙 슬롯의 양 측면에서 전도성 영역에 부착되었다. 동축 케이블이 획득되고, 신호 및 접지 도체를 노출시키기 위해 한쪽 단부에서 절단되었으며, 이들 도체를 구리 탭에 부착시키기 위해 솔더가 사용되었다.
벤치마크(비교 실시예 1)로서, 접착제 배킹된 연속적인(미세 패턴화되지 않은) 구리 시트를 사용하여 유사한 크기의 불투명 안테나 구조물이 제조되었다. 구리 시트가 15 ㎝ × 15 ㎝ 크기의 정사각형을 형성하도록 절단되었다. 도 3에 도시된 안테나 형상을 생성하기 위해 정사각형의 중앙으로부터 5 ㎝ × 0.5 ㎝ 크기의 슬롯이 절단되었다. 이 접착제-배킹된 구리 시트가 15 ㎝ × 15 ㎝ 발포체 코어 보드에 탑재되었다. 발포체 코어는 구리 시트에 강성 배킹을 제공하였지만, 그의 전자기적 특성을 방해하지 않았다. 동축 케이블이 획득되고, 실시예 1의 안테나와 동일한 방식으로, 그의 신호 및 접지 도체를 통해 슬롯의 반대쪽 측면 상의 구리 도체에 부착되었다.
실시예 1 및 비교 실시예 1의 안테나가 그의 전기적 전송 특성을 분석함으로써 평가되었다. 측정 기술을 뒷받침하는 원리는 Friis 방정식을 참조하여 가장 잘 설명된다:
Figure pct00001
(식 중,
Dt, Dr = 안테나 지향성
er, et = 안테나 효율(물질에 기초함)
F = Eactual/Efree space
Γt, Γr = 안테나 반사 계수
p = 편광 부정합 손실
Pt = 전송 전력
Pr = 수신 전력
r = 안테나 간의 거리
수신 전력을 결정하는 많은 인자들이 있다. 그렇지만, 이 측정에서, 실시예 1 및 비교 실시예 1 안테나들이 동일한 전체적인 기하학적 형태를 갖도록 설계되어 있기 때문에, 물질 파라미터에 기초하는 효율을 제외한, 모든 변수들이 일정하게 유지될 수 있는 것으로 가정한다.
테스트 중인 안테나(실시예 1 또는 비교 실시예 1)가 회로망 분석기의 포트 1에 연결되었고, 표준의 2.45 ㎓ 패치 안테나가 분석기의 포트 2에 연결되었다. 테스트 중인 안테나와 패치 안테나 사이의 거리는 32 ㎝로 일정하게 유지되었다. 그 결과 얻어진 측정된 안테나 전송 값은 다음과 같았다: 실시예 1 안테나, -31.5 dB; 비교 실시예 1 안테나, -28.8 dB; 케이블 단독(실시예 1 안테나로부터 분리되어 있음), -50 dB. 보다 큰 플러스 값(보다 작은 마이너스 값)은 더 많은 전송을 나타낸다. 안테나 임피던스를 최적화하지 않았으며, 따라서 절대값 수치가 실시예 1 안테나와 비교 실시예 1 안테나 사이의 측정의 차보다 덜 중요하다. 약 3 dB의 성능 저하는 2.45 ㎓에서 실시예 1의 투명한 미세 패턴화된 도체가 비교 실시예 1의 불투명한 구리 시트의 약 1/2의 효율을 가진다는 것을 나타낸다. 구리 탭 및 케이블이 좋지 않은 안테나로서 기능했다는 것을 확인하여, 실시예 1 안테나에 대한 측정된 전송이 케이블/구리 탭으로 인한 것이 아니라 미세 패턴화된 도체로 인한 것임을 검증하기 위해 케이블 단독 측정이 행해졌다.
실시예 2 내지 45
높은 투명도의 미세 패턴화된 도체를 사용하여 RFID 안테나가 제조되었다. 13.56 ㎒에서 사용하도록 구성된 안테나 및 915 ㎒에서 사용하도록 구성된 안테나를 비롯한 각종의 안테나 설계가 사용되었다. 상이한 미세 패턴화된 도체가 또한 사용되었으며, 차이는 배선 폭, 배선 피치, 배선 두께 및 개구 면적 분율의 차이를 포함한다. 각각의 RFID 안테나에 대해, 디지털 멀티미터(미국 Fluke Corporation의 Fluke 73III Multimeter)를 사용하여 안테나의 DC 저항이 측정되었고, RFID 집적 회로가 이어서 안테나에 연결되었다. RFID 디바이스가 RFID 판독기와 바로 맞닿게 배치되어 있을 때 신호가 관측될 수 있는지를 판정하기 위해, 그와 같이 제조된 RFID 디바이스가 이어서 종래의 RFID 판독기를 사용하여 평가되었다. 신호가 관측되는 경우, RFID 판독기와 RFID 디바이스 사이의 거리가 이어서 신호가 더 이상 관측되지 않을 때까지 점차적으로 증가되었고, 그 거리가 도 1과 관련하여 앞서 논의한 값 Dmax로서 기록되었다.
안테나 제조 방법
2009년 6월 25일자로 출원된 발명의 명칭이 "자기 조립된 모노층 패턴화된 기판 및 금속 패턴화된 물품의 습식 에칭 방법(Methods of Wet Etching a Self-assembled Monolayer Patterned Substrate and Metal Patterned Articles)"인 미국 특허 출원 제61/220407호(대리인 사건 번호 65462US002)에 기술된 방법에 따라, 중합체 필름 기판 상의 은의 박막 증착물을 패턴화함으로써 각각의 안테나가 제조되었다. 이 방법은 125 마이크로미터 두께의 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET) 중합체 필름 기판(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 E. I. DuPont de Nemours and Company의 ST504) 상에 은의 박층을 증착하는 것을 포함하였다. 상이한 두께의 은 층을 증착하기 위해 상이한 방법이 사용되었다. 30, 300, 500, 700, 또는 1000 나노미터 두께의 은 층으로부터 도출된 안테나의 경우, 먼저 0.5 나노미터의 평균 두께로 티타늄의 점착 촉진층을 증발한 후에 전자-빔 증발에 의해 PET 기판 상에 은이 증착되었다. 60 또는 100 나노미터 두께의 은 층으로부터 도출된 안테나의 경우, 은이 스퍼터링에 의해 PET 기판 상에 증착되었다. 옥타데실티올 자기 조립된 모노층의 패턴이 미세 접촉 인쇄에 의해 은 표면 상에 증착되었고, 이어서 은 층이 인쇄되지 않은 영역으로부터 선택적으로 에칭되었으며, 이들 둘 다는 2009년 6월 25일자로 출원된, 발명의 명칭이 "자기 조립된 모노층 패턴화된 기판 및 금속 패턴화된 물품의 습식 에칭 방법(Methods of Wet Etching a Self-assembled Monolayer Patterned Substrate and Metal Patterned Articles)"인 미국 특허 출원 제61/220407호(대리인 사건 번호 65462US002)에 기술된 방법에 의해 행해졌다.
RFID 태그 조립 방법
각각의 RFID 태그에 대해, 집적 회로 다이가 앞서 기술한 바와 같이 제조된 안테나에 본딩되었다. 이하에서(즉, 실시예 6 내지 실시예 45에서) 열거되는 각각의 UHF 태그에 대해, 다이는 미국 캘리포니아주 산호세 소재의 NXP Semiconductors로부터 입수가능한 NXP G2XM UHF RFID 다이였다. 이 G2XM 다이는 RFID 캐리어 테이프에 대한 JEDEC MO-283-B 표준 개요에 부합하는 중합체 기판 상의 금속 리드 프레임에 탑재되었다(웹사이트 http://www.jedec.org/committees/jc-65를 참조). MO-283-B 캐리어 테이프의 큰 단부 패드는 안테나 상의 대응하는 패드에 연결되도록 설계되어 있다. MO-283-B 캐리어 테이프는 자동화된 회로 조립 동작에서 연속적인 롤 형태로 사용되도록 설계되어 있다. 이 연구를 위해 제조된 샘플의 경우, 각각이 중합체 캐리어 상의 금속 리드 프레임에 부착된 단일의 G2XM 다이를 포함하는 개개의 캐리어가 더 큰 공급 롤로부터 절단되었다.
이들 샘플의 경우, MO-283-B 캐리어의 금속 패드는 ACP(Anisotropic Conductive Paste) 접착제를 사용하여 안테나 구조물 상의 대응하는 부착 패드에 전기적으로 그리고 물리적으로 연결되었다. ACP는 아일랜드 더블린 탈라 비지니스 파크 소재의 Henkel Loctite, Research Development, & Engineering로부터 입수가능한 Loctite® 3447 Snap Cure Anisotropic Conductive Adhesive 페이스트였다. ACP 접착제는 0.005 ㎜ 직경의 니켈 구가 에폭시의 체적에 걸쳐 분산되어 있는 열경화성 단성분 에폭시 비히클을 포함한다. 에폭시가 경화될 때, 필름의 수직 치수("Z축")를 압축함으로써 연결이 이루어질 수 있을 정도로 니켈 구의 밀도가 충분히 낮다. 압축된 ACP 접착제층에서 측방향(x-y) 전도성이 미미하도록 입자의 면적 밀도가 충분히 낮다.
MO-283-B 캐리어를 UHF 안테나에 본딩하기 위해, 하기의 공정이 사용되었다.
(본딩 단계 1) ACP 접착제가 안테나 상의 부착 패드에 도포되었다. 이 공정에 필요한 페이스트의 총량은 대략 0.025 ㎜ 두께의 층에서의 부착 패드의 면적 크기(3 ㎜ × 3 ㎜), 즉 0.225 ㎣(0.225 × 10-3 밀리미터)이다. 실제로, 손으로 소량을 분배하는 것은 어려우며; 과도한 ACP 접착제는 본딩 공정 동안 패드의 가장자리 주위에 압출되어 나오는 경향이 있었다.
(본딩 단계 2) MO-283-B 캐리어가 경화되지 않은 접착제 상에 위치되었고, 큰 금속 부착 패드가 안테나 부착 패드와 정렬되어 있다. 경화되지 않은 접착제의 표면 장력이 일시적으로 MO-283-B 캐리어를 정렬된 상태로 유지한다.
(본딩 단계 3) MO-283-B 캐리어가 안테나 부착 패드에 정렬되어 있고 경화되지 않은 에폭시에 의해 고정되어 있는 상태에서, 공정중 태그가
Figure pct00002
TTS300 Manual Bonder(독일 로딩 소재의
Figure pct00003
AG High Tech International)의 본딩 스테이지로 이동되었다.
(본딩 단계 4) TTS300는 플립 칩(Flip Chip) 다이 부착 공정용으로 설계되어 있으며, 여기서 작은(2 제곱밀리미터 미만) 규소 다이가 회로에 본딩된다. MO-283-B 캐리어 테이프 및 안테나 상의 부착 패드가 크고(대략 3 제곱밀리미터임) 멀리 떨어져 있기 때문에, 한번에 하나의 캐리어의 단부가 그의 대응하는 안테나 부착 패드에 본딩되었다. 이것은, 각각의 단부에 대해 한번씩, 각각의 캐리어에 대해 본딩 공정을 2번 반복하는 것을 필요로 하였다. 2개의 동작에서 캐리어를 안테나에 본딩하는 다른 이유는 캐리어의 중간에 있는 규소 다이에 어떤 압력 또는 열도 가하지 않기 위한 것이다. 규소 다이는 물리적 손상에 취약하고, 열패드(thermode)에 의해 부과되는 응력이 그에 균열 또는 고장을 야기할 수 있다. 그에 부가하여, 규소 다이는 열패드(thermode)를 떨어져 있게 하는 경향이 있어, 캐리어 테이프의 단부에서 부착 패드에 압력을 가하는 것을 방지할 것이다.
(본딩 단계 5) TTS300 Manual Bonder는 ACP 접착제를 전기적으로 연결시키고 경화시키기 위해 프로그램가능한 압력 및 열 값을 적용하도록 설계되어 있다. 2개의 열패드(위쪽에 하나 및 아래쪽에 하나)는 연결 패드 및 ACP 접착제를 붙잡아 둔다. 열패드는 니켈 입자를 결합시켜 2개의 금속 표면 사이의 전기적 연결을 형성하기 위해 압력을 가한다. 열패드로부터 본딩 영역으로 흐르는 열은 에폭시 매트릭스를 경화시키고 연결을 제 위치에 밀봉시킨다.
(본딩 단계 6) 열패드가 해제되고, 완성된 샘플이 Manual Bonder로부터 제거된다.
범프형(bumped) 규소 다이를 RFID 안테나에 본딩하는 것에 대해 접착제 제조업체(Henkel Loctite)에 의해 규정된 본딩 조건은 범프(범프 크기는 전형적으로 0.080 제곱밀리미터 또는 원임)당 0.98 뉴톤(100 그램) 힘, 본드 라인에서의 170℃ 내지 190℃의 온도, 처음에 3 내지 5초 이내의 압력 및 열의 인가이다. 금속 연결 패드 및 기판에서의 열 소산에 따라, 열패드는 전형적으로 지정된 시간 한계 내에 지정된 본드 라인 온도에 도달하기 위해 190℃ 내지 210℃를 공급할 필요가 있을 것이다.
MO-283-B 패키지에 대한 부착 패드는 대략 3 제곱밀리미터이고, 따라서 열패드가 8 뉴톤 힘의 그의 상한 근방에서 동작되었다. 이러한 조건 하에서, 단위 면적당 힘은 ACP 접착제의 전도성 입자를 통해 캐리어 테이프의 부착 패드를 안테나의 부착 패드에 전기적으로 연결시키는 데 충분하였다.
이하에(즉, 실시예 2 내지 실시예 5에) 열거된 각각의 HF 태그의 경우, RFID 집적 회로 다이는 MOP(metal on polymer) 리드 프레임 상의 NXP I-Code SLI였다. 리드 프레임은 물질 및 구성이 JEDEC MO-283-B와 유사하다. HF 다이 리드 프레임은 폼팩터가 상이하다. 이 경우에, 금속 형태는 길이가 대략 15 ㎜였다. 다이는 중앙에서 대략 1 ㎜ 폭의 배선에 연결되었다. 배선은 배선의 단부에 있는 3 제곱밀리미터 패드에서 종단되었고, 순 효과는 도그 본(dog bone)과 유사하게 보였다.
MOP 캐리어에 대한 상이한 폼 팩터 이외에, HF 다이 온 리드 프레임(die on lead frame)에 대한 본딩 공정은 G2XM UHF 다이 온 MO-283-B 캐리어에 대한 본딩 공정과 유사하였다.
RFID 태그 평가 방법
지정된 조건을 사용하여 RFID 태그가 판독될 수 있는 거리의 점에서 RFID 태그가 평가되었다.
HF 태그(실시예 2 내지 실시예 5)의 경우, 모듈과 함께 제공되는 내장된 판독기 안테나를 사용하는 Texas Instruments TRF7960EVM 판독기(미국 텍사스주 달라스 소재의 Texas Instruments; TRF7960EVM는 미국 미네소타주 띠프 리버 팔스 소재의 Digi-Key로부터 입수가능함)를 사용하여 RFID 기능이 검사되었다.
TRF7960EVM는 실험실 컴퓨터의 USB 단자에 연결되었다. USB 단자는 모듈에 전력을 제공하고 TRF7960EVM과 함께 제공된 프로그램을 사용하여 모듈과 통신하였다. TRF7960EVM는 판독기가 RFID 태그 응답을 검출할 때 켜지는 온보드 LED 디스플레이를 가진다. 이러한 공칭 동작 모드에서, TRF7960EVM는 13.56 ㎒의 RFID ISM 대역에서 동작하고, 200 밀리와트의 RF 전력을 방출한다.
이 규격에 따라 제조된 태그를 테스트하기 위해, TRF7960EVM가 실험실 컴퓨터의 USB 포트에 끼워졌다. "태그 응답" LED 표시기가 동작하는지를 검증하기 위해 그리고 50 제곱밀리미터 HF 안테나 설계에 대한 대략적인 판독 범위를 검증하기 위해, 양품으로 알려진 RFID 태그를 사용하여 판독기 동작이 테스트되었다. 테스트 중인 태그의 판독 범위는 태그로부터의 RFID 응답이 판독기에 의해 검출되는 최대 거리(즉, 앞서 논의한 파라미터 Dmax)이다. 이 거리는 태그의 중심으로부터 판독기 안테나의 중심까지 측정되었고, 판독기 안테나의 면벡터(area vector)(안테나의 평면에 수직인 벡터)는 태그 안테나의 면벡터에 평행하고 그와 중심이 같다. 모든 HF 태그 판독 범위는 TRF7960EVM 안테나 위쪽의 자유 공간에 있는 태그로 측정되었다. TRF7960EVM이 비전도성 복합물의 실험실 작업대 상에 놓여졌다.
TRF7960EVM이 기능하는 것으로 확인된 후에, 이 규격(실시예 2 내지 실시예 5)에 따라 제조된 샘플이 테스트되었다. RFID 디바이스가 판독기와 직접 맞닿게 놓여졌을 때에도 Dmax 열에서의 항목 "NR"이 RFID 판독기로부터의 "응답 없음"을 나타내는 이하의 표 1의 결과에서 살펴보는 바와 같이, HF 메쉬 안테나 설계는 TRF7960EVM RFID 판독기에 대해 어떤 응답도 보여주지 않았다.
UHF 태그(실시예 6 내지 실시예 45)를 테스트하기 위해, SAMSys MP9320 2.8 "EPC" 판독기[캐나다 온타리오주 토론토 소재의 SAMSys Techologies(현재 Sirit의 일원임)] 및 Cushcraft 9028PC 안테나[미국 뉴햄프셔주 맨체스터 소재의 Cushcraft Corporation]가 사용되었다. MP 9320 판독기는 1 와트의 공칭 RF 전력 출력으로 설정되었다. MP 9320은, 그의 안테나의 범위에 있고 그의 RFID 신호에 응답하는 RFID 태그를 검출할 때, 가청 사운드를 생성한다. MP 9320 판독기는 UHF RFID 시스템용으로 미국 FCC에 의해 지정된 902 내지 928 ㎒ UHF 대역에서 주파수 호핑 모드로 동작하였다.
RFID 시스템 동작을 위해 지정된 몇개의 UHF 대역이 있으며, 주목할 만한 것으로는, 유럽 연합 국가에서의 868 ㎒ 및 일본에서의 956 ㎒이 있다. 몇개의 다른 UHF 대역이 전 세계에 걸쳐 다양한 국가들에서 사용되고 있다. 주파수에서와 같이, 각각의 관할 구역에 의해 허용된 동작 전력 한계가 전 세계에 걸쳐 아주 다양하다. 이들 실시예의 목적상, 동작 주파수 대역 및 최대 전력에 대한 미국의 규격이 태그 응답을 측정하는 데 사용되었다.
UHF 태그(실시예 6 내지 실시예 45)가 HF 태그와 유사한 방식으로 테스트 되었다. 태그 안테나와 판독기 안테나의 면벡터가 평행하고 중심이 같도록 태그들이 정렬되었다. 태그가 RFID 판독기에 바로 맞닿게 위치되었을 때 신호가 관찰되는 경우, 판독기 안테나의 중심선을 따라 태그가 판독기 안테나로부터 멀어지는 쪽으로 이동되었다. 판독 범위(즉, Dmax)는 판독기가 여전히 RFID 태그를 검출하는 판독기 안테나의 중심과 태그 안테나의 중심 사이의 최대 거리로 결정되었다. Dmax의 측정이 무향실(anechoic chamber)(즉, 낮은 RF 잡음 및 낮은 RF 반사의 조건 하에서 민감한 RF 측정을 하도록 특별히 설계된 방)에서 수행되었다.
HF 안테나 설계
3개의 상이한 안테나 설계가 HF 범위에서 동작하는지 테스트되었다. 이들 3가지 설계의 관련 기하학적 형태가 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시되어 있다. 도 4a(실시예 2)의 설계는 약 51.3 ㎜의 전체 수평 및 수직 치수를 갖도록 하는 크기로 되어 있었다. 도 4b(실시예 3)의 설계는 각각 약 76.27 ㎜의 전체 수평(장축) 치수 및 약 22.65 ㎜의 전체 수직(단축) 치수를 갖도록 하는 크기로 되어 있었다. 도 4c(실시예 4 및 실시예 5)의 설계는 각각 약 25.57 ㎜의 전체 수평[장축, 루프 기하학적 형태만; 즉 패드(434a)를 포함하지 않음] 치수 및 약 6.73 ㎜의 전체 수직(단축) 치수를 갖도록 하는 크기로 되어 있었다. 각각의 경우에, 각자의 미세 패턴화된 도체(이하에서 더 논의함)는 설계의 전도성 영역[예컨대, 도 4a의 영역(414, 414a, 및 414b)]에서 단절되어 있지 않았지만, 설계의 비전도성 영역[예컨대, 도 4a의 영역(412a, 412b) 및 나선형 형상의 비전도성 영역]에서 단절되어 있었다.
UHF 안테나 설계
2개의 상이한 안테나 설계가 UHF 범위에서 동작하는지 테스트되었다. 이들 2가지 설계의 관련 기하학적 형태가 도 4d 및 도 4e에 도시되어 있다. 도 4d(실시예 6 내지 실시예 25)의 설계는 각각 약 8.02 ㎜의 전체 수평(단축) 치수 및 약 94.66 ㎜의 전체 수직(장축) 치수를 갖도록 하는 크기로 되어 있었다. 도 4e(실시예 26 내지 실시예 45)의 설계는 각각 약 4.02 ㎜의 전체 수평[단축, 전도성 메쉬 영역만; 즉 패드(454a 및 454b)를 포함하지 않음] 치수 및 약 128.88 ㎜의 전체 수직(장축) 치수를 갖도록 하는 크기로 되어 있었다. 각각의 경우에, 각자의 미세 패턴화된 도체(이하에서 더 논의함)는 설계의 전도성 영역[예컨대, 도 4d의 영역(444, 444a, 444b)]에서 단절되어 있지 않았지만, 설계의 비전도성 영역[예컨대, 도 4d의 영역(442a)]에서 단절되어 있었다.
미세 패턴화된 도체
규칙적인 정사각형 반복 패턴으로 배열된 배선을 형성하기 위해 앞서 논의된 은 금속 층이 처리되었다. 실시예 2, 실시예 3, 및 실시예 6 내지 실시예 45의 안테나의 경우, 배선의 피치(즉, 정사각형 단위 셀의 한 측면의 길이의 공칭 치수)가 직교 면내 축 둘 다를 따라 200 마이크로미터였다. 실시예 4(도 4c)의 안테나의 경우, 배선의 피치가 직교 면내 축 둘 다를 따라 50 마이크로미터였다. 실시예 5(역시 도 4c)의 안테나의 경우, 배선의 피치가 직교 면내 축 둘 다를 따라 50 마이크로미터였다. 이하의 표 1에 나타낸 바와 같이, 어떤 실시 형태에 대해 2 마이크로미터의 배선 폭이 사용되었고, 다른 실시 형태에 대해 5 마이크로미터의 배선 폭이 사용되었으며, 그에 따라 표에 열거된 개구 면적 분율을 생성하였다. 정사각형 반복 패턴이 전기 전도성이도록 되어 있는 각각의 안테나의 영역에서는(즉, 각자의 안테나를 형성하는 부분에서는) 단절되어 있지 않았다(예컨대, 도 6a 참조). 2 마이크로미터 배선이 200 마이크로미터의 피치를 갖는 정사각형 격자 상에 배열되어 있는(98% 개구 면적 분율) 전술한 은 메쉬 도체 패턴의 경우, 유효 면저항은 30 ㎚, 60 ㎚, 100 ㎚, 300 ㎚, 500 ㎚, 및 700 ㎚의 대상 금속 두께에 대해, 각각, 80 내지 150, 10 내지 13, 10 내지 13, 5 내지 6, 3 내지 6, 및 3 내지 5 오옴/스퀘어의 범위에 있는 것으로 측정되었다. 5 마이크로미터 배선이 200 마이크로미터의 피치를 갖는 정사각형 격자 상에 배열되어 있는(95% 개구 면적 분율) 전술한 은 메쉬 도체 패턴의 경우, 유효 면저항은 30 ㎚, 60 ㎚, 100 ㎚, 300 ㎚, 500 ㎚, 및 700 ㎚의 대상 금속 두께에 대해, 각각, 40 내지 60, 5 내지 7, 5 내지 7, 2.5 내지 5, 1.5 내지 2.5, 및 1 내지 2 오옴/스퀘어의 범위에 있는 것으로 측정되었다. 전기적 비전도성이도록 되어 있는 부분에서, 배선을 전체적으로 비전도성으로 만들기 위해 규칙적인 단절이 사용되었다(예컨대, 도 6b 참조). 예를 들어, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 6 내지 실시예 45의 안테나의 경우, 각각의 단위 정사각형에 대한 8개의 단절이 도 6b에 도시된 바와 같이 배열되어 있었고, 각각의 단절의 길이는 6 마이크로미터였다. 은 금속의 다양한 두께가 사용되었고, 이 두께도 역시 표 1에 열거되어 있다.
Figure pct00004
표를 조사하면 명백한 바와 같이, 13.56 ㎒의 HF 주파수에서 동작하는 RFID 디바이스들 중 어느 것에 대해서도 응답이 관찰되지 않았다. 다른 한편으로, 915 ㎒의 UHF 주파수에서 동작하도록 설계되어 있는 RFID 디바이스들 중 다수는 성공적으로 동작하는 것으로 밝혀졌다. 이들 후자의 디바이스가 기능하는 것은 연관된 물질 및 설계가 860부터 960 ㎒까지 뻗어 있는 UHF 대역에서의 다른 주파수에서 동작하는 데 적합하다는 것을 나타낸다.
달리 언급하지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 달리 언급하지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 기술되는 숫자 파라미터는 본 출원의 개시 내용을 이용하여 당업자가 달성하고자 하는 원하는 특성에 따라 다를 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 범주에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치적 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 임의의 수치 값이 본 명세서에 설명된 특정 예에 기술되는 한, 이들은 가능한 한 합리적으로 정확히 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 시험 또는 측정 한계와 관련된 오차를 분명히 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 기술 분야의 당업자에게는 명백할 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 읽는 사람은, 달리 언급하지 않는 한, 하나의 개시된 실시 형태의 특징이 또한 모든 다른 개시된 실시 형태에도 적용될 수 있는 것으로 가정해야 한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 모든 미국 특허, 특허 출원 공개, 및 기타 특허와 비특허 문서가, 이상의 개시 내용과 모순되지 않는 한, 참조 문헌으로서 포함된다는 것을 잘 알 것이다.

Claims (24)

  1. RFID 디바이스에서 사용하기에 적합한 안테나로서,
    절연성 기판; 및
    기판 상에 또는 기판 내에 배치된 제1 전도성 미세 패턴 - 제1 전도성 미세 패턴은 연속적인 메쉬 도체를 정의함 - 을 포함하고,
    제1 전도성 미세 패턴은 적어도 915 ㎒의 주파수에 응답하는 안테나를 형성하며,
    제1 전도성 미세 패턴은 0.5 내지 20 마이크로미터의 범위에 있는 배선(trace) 폭을 가지는 상호연결된 배선을 포함하고,
    제1 전도성 미세 패턴은 80% 이상의 개구 면적 분율을 특징으로 하는 것인 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 개구 면적 분율이 90% 이상인 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 개구 면적 분율이 95 내지 98%의 범위에 있는 것인 안테나.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴이 금속을 포함하는 불투명 물질로 이루어져 있는 것인 안테나.
  5. 제4항에 있어서, 금속이 은, 금, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 합금 및 그 조합 중에서 선택되는 것인 안테나.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴이 두께가 2 마이크로미터 미만인 안테나.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴이 두께가 1 마이크로미터 미만인 안테나.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴이 두께가 30 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위에 있는 것인 안테나.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 배선 폭이 1 내지 10 마이크로미터 범위에 있는 것인 안테나.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 배선 폭이 1 내지 5 마이크로미터 범위에 있는 것인 안테나.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 배선 폭이 1.5 내지 4 마이크로미터 범위에 있는 것인 안테나.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴이 0.1 내지 200 오옴/스퀘어(ohm/square)의 범위에 있는 유효 면저항을 특징으로 하는 것인 안테나.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴이 1 내지 100 오옴/스퀘어의 범위에 있는 유효 면저항을 특징으로 하는 것인 안테나.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 절연성 기판이 투명한 것인 안테나.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 50%, 70%, 또는 90% 초과의 가시광 투과율 값을 가지는 것인 안테나.
  16. RFID 디바이스로서,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 안테나; 및
    안테나를 사용하여 신호를 전송 및 수신하도록 구성되어 있는 집적 회로를 포함하는 디바이스.
  17. 제16항에 있어서, 안테나는 902 내지 928 ㎒ 주파수 호핑 모드에서 1 와트 방사 전력으로 동작하는 RFID 판독기가 디바이스와 통신할 수 있는 최대 거리를 생성하도록 조정되고, 최대 거리는 1 센티미터 내지 2 미터, 또는 1.5 센티미터 내지 1 미터, 또는 2 내지 50 센티미터, 또는 2.5 내지 30 센티미터의 범위에 있는 것인 디바이스.
  18. 제17항의 디바이스를, 860 ㎒와 960 ㎒ 사이의 주파수 또는 주파수들에서 0.2 와트와 5 와트 사이의 방사 전력으로 동작하는 제1 RFID 판독기와 함께, 포함하는 시스템으로서, 제1 RFID 판독기가 디바이스와 통신할 수 있는 최대 거리가 1 센티미터 내지 2 미터, 또는 1.5 센티미터 내지 1 미터, 또는 2 내지 50 센티미터, 또는 2.5 내지 30 센티미터의 범위에 있는 것인 시스템.
  19. 카드층;
    카드층에 실려 있는 안테나; 및
    안테나를 사용하여 신호를 전송 및 수신하도록 구성되어 있는 집적 회로를 포함하고,
    안테나는 연속적인 메쉬 도체를 정의하는 전도성 미세 패턴을 포함하며, 전도성 미세 패턴은 적어도 915 ㎒의 주파수에 응답하는 안테나를 형성하고, 전도성 미세 패턴은 0.5 내지 20 마이크로미터의 범위에 있는 배선 폭을 가지는 상호연결된 배선을 포함하며; 전도성 미세 패턴은 80% 이상의 개구 면적 분율을 특징으로 하는 것인 카드.
  20. 제19항에 있어서, 카드층이 가시 파장에 대해 광 투과성인 카드.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 개구 면적 분율이 95 내지 98%의 범위에 있는 것인 카드.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴은 은, 금, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 합금 및 그 조합 중에서 선택된 금속을 포함하는 불투명 물질로 이루어져 있는 것인 카드.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전도성 미세 패턴이 두께가 30 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위에 있는 것인 카드.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 배선 폭이 2 내지 5 마이크로미터 범위에 있는 것인 카드.
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