KR20200128522A - 무선 통신 장치 - Google Patents

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KR20200128522A
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요시히로 가리야
겐타 노구치
히로지 시미즈
세이이치로 무라세
히사시 니시카와
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도레이 카부시키가이샤
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Abstract

무선 통신 장치는, 전파를 송수신하는 안테나와, 상기 안테나에 접속되고, 상기 안테나가 수신한 전파를 정류하여 전압을 생성하는 정류 회로와, 상기 정류 회로에서 생성한 전압에 의해 동작하는 내부 회로와, 상기 안테나와 비접촉으로 배치되고, 상기 내부 회로의 출력 신호에 기초하여 동작하는 스위치 회로를 구비하고, 상기 스위치 회로는 커플링 배선과 스위치 소자를 포함하고, 상기 스위치 소자의 동작에 의해 상기 안테나의 임피던스를 변화시킴으로써 통신을 행한다.

Description

무선 통신 장치
본 발명은 무선 통신 장치에 관한 것이다.
근년, 무선 신호(전파)로부터 전력을 받아서 동작하는 비접촉형의 무선 통신 장치가 증가하고 있다. 그 중에서도, 무선 통신 장치의 태그로서 RFID(Radio Frequency IDentification) 기술을 사용한 무선 통신 시스템의 개발이 진행되고 있다.
RFID 태그는, IC 칩 등의 반도체 집적 회로 장치와, 리더/라이터라고 불리는 무선 송수신기와 통신하기 위한 안테나를 갖고 있다. RFID 태그는, 태그 내에 설치된 안테나가 리더/라이터로부터 송신되는 전파를 수신하고, 수신한 전파를 정류 회로로 정류하여 내부 전원 전압을 생성한다. 이 내부 전원 전압이, IC 칩 내의 내부 회로에 공급되어, 태그가 동작한다.
RFID 태그로부터 리더/라이터 간에의 통신은, 예를 들어, RFID 태그의 입력 임피던스를 변화시킴으로써, 리더/라이터로 반사하는 전파의 전력량을 변화시킴으로써 행하여진다. 이때, RFID 태그 내에, 단락 상태와 개방 상태를 전환할 수 있는 스위치부를 마련하고, 이 스위치의 동작 상태를 변동시킴으로써, RFID 태그의 안테나 임피던스를 변화시키는 기술이 알려져 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는, 안테나에 접속된 전력 수전 정합 회로부와 전력 수전부를 포함하는 전력계와, 상기 전력계와 병렬로 접속된 2개의 콘덴서와 MOSFET를 포함하는 스위치부와, 상기 스위치부와 접속한 안테나로 수신한 수신 신호의 주파수를 검출하는 주파수 검출 회로가 마련되어 있다. 주파수 검출 회로가 안테나로 수신한 수신 신호의 주파수를 검출함으로써 스위치의 동작 상태가 바뀌고, 그에 의하여 안테나를 포함하는 회로 구성이 바뀜으로써 안테나 임피던스가 변화한다.
또한, 특허문헌 2에서는, RFID 태그 내에 있어서, 리더/라이터에 송신되는 송신 데이터를 변조하는 변조부가 다이오드 스위치로서 구성되어, 안테나와 접속하고 있다. 송신 데이터에 따라서 스위치를 온/오프로 전환함으로써, 안테나가 안테나 임피던스로 종단될지 오픈 상태의 종단으로 될지가 변화한다.
일본 특허 공개 제2015-159656호 공보 일본 특허 공개 제2004-54515호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 콘덴서의 타단부가 통신 회로와도 접속하고 있고, 스위치를 단락 상태로 함으로써, 통신 계통과 전력 계통이 분리되어, 서로 영향을 줄 일이 없게 된다. 이러한 기술에서는, 응답 신호의 송신 처리 시에는, 내부 회로에 전류를 공급하는 동작이 정지해버리게 된다. RFID 태그에는, 캐패시터 등의 용량이 포함되어 있고, 내부 회로에의 전류 공급이 저하되면, 용량에 축적된 전하가 내부 회로에 공급되는데, 내부 회로의 동작 전압 이하로 되면, 내부 회로의 동작이 정지해 버린다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에서는, RFID 태그로부터 리더/라이터에 응답 신호를 송신할 때, 도통 상태로 한 스위치가 RFID 태그의 내부 회로의 전원 전압 공급용의 전류를 인발해버리게 된다. 그 때문에, 전원 전압으로서 공급하는 전류를 버리게 되어, 수신한 전파로부터의 전력을 효율적으로 이용할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 RFID 태그로부터 리더/라이터에 응답 신호를 송신할 때, 안테나로 수신한 전파로부터 RFID 태그 내부 회로에 대하여 안정적으로 전원 전압을 공급할 수 있는 무선 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
즉, 본 발명은
전파를 송수신하는 안테나와,
상기 안테나에 접속되고, 상기 안테나가 수신한 전파를 정류하여 전압을 생성하는 정류 회로와,
상기 정류 회로에서 생성한 전압에 의해 동작하는 내부 회로와,
상기 안테나와 비접촉으로 배치되고, 상기 내부 회로의 출력 신호에 기초하여 동작하는 스위치 회로를 구비하고,
상기 스위치 회로는 배선과 스위치 소자를 포함하고,
상기 스위치 소자의 동작에 의해 상기 안테나의 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치이다.
본 발명에 따르면, RFID 태그로부터 리더/라이터에 응답 신호를 송신할 때, 안테나로 수신한 전파로부터 RFID 태그 내부 회로에 대하여 안정적으로 전원 전압을 공급하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관계되는 무선 통신 장치가 구비하는 배전압 정류 회로를 도시하는 회로도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 관계되는 무선 통신 장치가 구비하는 다이오드 접속된 전계 효과형 트랜지스터의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 관계되는 무선 통신 장치가 구비하는 전계 효과형 트랜지스터의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태 1의 변형예 1에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태 1의 변형예 2에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 2에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태 2에 관계되는 무선 통신 장치가 구비하는 전계 효과형 트랜지스터의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 1에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 10a는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 2에 관계되는 무선 통신 장치의 구조의 제1 예를 도시하는 모식도이다.
도 10b는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 2에 관계되는 무선 통신 장치의 구조의 제2 예를 도시하는 모식도이다.
도 11a는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 3에 관계되는 무선 통신 장치의 구조의 제1 예를 도시하는 모식도이다.
도 11b는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 3에 관계되는 무선 통신 장치의 구조의 제2 예를 도시하는 모식도이다.
도 12는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 4에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 13은, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 5에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 6에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 15는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형예 7에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 16은, 본 발명의 실시 형태 3에 관계되는 무선 통신 장치의 구조를 도시하는 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 「실시 형태」라고 한다)를 설명한다. 또한, 도면은 모식적인 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 설명하는 실시 형태에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시 형태 1)
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관계되는 무선 통신 장치를 도시하는 모식도이다. 무선 통신 장치(1)는 안테나(2), 정류 회로(3), 내부 회로(4), 및 스위치 소자(5)와 배선(6)을 포함하는 스위치 회로(7)로 구성되어 있다. 안테나(2)는 정류 회로(3)의 입력측에 접속되고, 정류 회로(3)의 출력측은, 내부 회로(4)의 입력측에 접속되고, 내부 회로(4)의 출력측은, 스위치 소자(5)에 접속되어 있다. 배선(6)은 커플링 배선이며, 스위치 소자(5)에 접속하고 있고, 안테나(2)와는 비접촉이다. 커플링 배선(6)은 적어도 그의 일부가 안테나(2)의 근방에 비접촉으로 배치된 도체이며, 안테나(2)와 정전 또는 유도 결합을 통하여 고주파 에너지의 전수를 행하는 것이다. 또한 커플링 배선(6)은 적어도 일부가 안테나(2)의 근방에 대략 평행하게 배치되어 있는 것이 바람직하다. 커플링 배선(6)은 그의 편측 또는 양단을 쇼트함으로써, 안테나(2)의 공진 또는 임피던스 특성을 변화시킬 목적으로 사용된다. 스위치 소자(5)와 커플링 배선(6)의 접속 방법은, 전기적으로 도통을 취할 수 있다면 어떠한 방법이어도 된다. 접속에 사용되는 재료는, 일반적으로 사용될 수 있는 도전 재료이면 어떠한 것이어도 된다. 접속부의 폭, 두께는 임의이다.
안테나(2)는 리더/라이터 간에서 전파를 송수신하는 것이다. 안테나(2)는 다이폴 안테나, 루프 안테나, 패치 안테나 등, 일반적으로 사용될 수 있는 것이면 어떠한 것이어도 된다. 도 1에 도시하는 안테나(2)는 C자상을 이루고 있지만, 이것은 일례이며, 안테나(2)를 구성하는 재료나, 안테나(2)의 형상은, 특별히 한정은 되지 않는다.
안테나(2)의 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 저항 가열 증착, 전자선 빔, 스퍼터링, 도금, CVD, 이온 플레이팅 코팅, 잉크젯, 인쇄 등의 공지 기술을 사용한 방법을 들 수 있다.
또한, 안테나를 구성하는 재료를 포함하는 도포액을 이용하는 도포법도 들 수 있다. 도포법의 구체예로서는, 스핀 코팅법, 블레이드 코팅법, 슬릿 다이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바 코터법, 주형법, 인쇄 전사법, 침지 인상법 등의 기술로 절연 기판 상에 도포액을 도포하고, 오븐, 핫 플레이트, 적외선 등을 사용하여 건조를 행하여 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 도포법은, 제조 비용이나 대면적에 대한 적합성의 관점에서 바람직하다.
또한, 상기 방법으로 제작한 도전막을 공지된 포토리소그래피법 등으로 원하는 형상으로 패턴 형성해도 되고, 혹은 증착이나 스퍼터링 시에 원하는 형상의 마스크를 통하여 패턴 형성해도 된다.
정류 회로(3)는 안테나(2)가 수신한 전파를 정류하여 전압을 생성한다. 이 전압은, 내부 회로 전원 전압으로서 내부 회로(4) 등에 공급된다.
정류 회로(3)는 소위 반파 정류 회로나 전파 정류 회로 등, 공지된 정류 회로이면 어떠한 구성이어도 된다. 예를 들어, 도 2에 도시하는 배전압 정류 회로(10)를 사용해도 된다. 배전압 정류 회로(10)는 다이오드(11, 12), 및 캐패시터(13, 14, 15)로 구성되어 있다. 배전압 정류 회로(10)의 입력 단자(A, B)에는, 도시하지 않은 안테나가 접속되어 있고, 출력 단자(C, D)는, 도시하지 않은 내부 회로에 접속되어 있다. 또한 배전압 정류 회로(10)에서는, 안테나(2)에 접속되는 정류 회로의 입력(A 및 B)과 내부 회로(4)와 스위치 소자(5)에 접속되는 정류 출력(C 및 D)은 다른 전위에서 동작한다.
또한, 다이오드(11, 12)는, 공지된 다이오드 소자이면 어떠한 것이어도 되고, 예를 들어 도 3에 도시하는 다이오드 접속된 전계 효과형 트랜지스터(20)를 들 수 있다. 다이오드 접속된 전계 효과형 트랜지스터(20)는 소스 전극(21), 게이트 전극(22), 드레인 전극(23), 기판(24), 절연층(25) 및 반도체층(26)을 갖는다. 게이트 전극(22)은 절연층(25)에 의해 소스 전극(21)과 전기적으로 절연되어 있고, 드레인 전극(23)과는, 예를 들어 배선(27)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 반도체층(26)은 소스 전극(21) 및 드레인 전극(23) 사이에 형성되어 있다.
도 3에 도시하는 다이오드 접속된 전계 효과형 트랜지스터(20)는 소위 보텀 콘택트 보텀 게이트형 구조이지만, 보텀 콘택트 톱 게이트형, 톱 콘택트 보텀 게이트형, 톱 콘택트 톱 게이트형 등 다른 구조여도 된다. 각 전극, 기판, 절연층의 재료는, 어떠한 것이어도 되고, 각각 막 두께, 폭 등은 임의이다.
각 전극 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 상술한 안테나의 형성 방법과 마찬가지의 방법을 이용할 수 있다.
절연층의 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 절연층을 형성하는 재료를 포함하는 조성물을 기판에 도포하고, 건조함으로써 얻어진 코팅막을 필요에 따라 열처리하는 방법을 들 수 있다. 도포 방법으로서는, 스핀 코팅법, 블레이드 코팅법, 슬릿 다이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바 코터법, 주형법, 인쇄 전사법, 침지 인상법, 잉크젯법 등의 공지된 도포 방법을 들 수 있다. 코팅막의 열처리 온도로서는, 100 내지 300℃의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 반도체층의 재료도 특별히 한정되지 않고 단체 반도체, 화합물 반도체, 유기 반도체, 나노 카본 재료 등, 어느 것이어도 되지만, 양호한 전기 특성이나 응답성의 속도, 도포 형성에 의한 저비용화가 가능한 것 등으로부터, 유기 반도체나 나노 카본 재료가 바람직하다.
또한, 본 발명자가 예의 검토를 행한 결과, 본 기술의 적용에 의해, 정류 특성이 실리콘보다도 낮은 반도체 도포층을 갖는 정류 소자에 있어서도, 내부 회로에 대하여 안정적으로 전원 전압을 공급할 수 있었다. 따라서, 도포 형성에 의한 저비용화가 가능한 것 등으로부터, 정류 회로(3)가 반도체 도포층을 갖는 정류 소자를 포함하는 것이 바람직하고, 나아가 표면의 적어도 일부에 공액계 중합체가 부착된 카본 나노튜브(CNT)를 포함하는 반도체층을 갖는 정류 소자를 포함하는 것이 바람직하다. CNT의 표면의 적어도 일부에 공액계 중합체가 부착된 상태란, CNT의 표면의 일부, 혹은 전부를 공액계 중합체가 피복한 상태를 의미한다. 공액계 중합체가 CNT를 피복할 수 있는 것은, 양자의 공액계 구조에서 유래되는 π 전자 구름이 겹치는 것에 의해 상호 작용이 발생하기 때문이라고 추측된다. CNT가 공액계 중합체로 피복되어 있는지의 여부는, 피복된 CNT의 반사색이 피복되어 있지 않은 CNT의 색으로부터 공액계 중합체의 색에 가까워지는 것으로 판단할 수 있다. 정량적으로는 X선 광전자 분광(XPS) 등의 원소 분석에 의해, 부착물의 존재와 CNT에 대한 부착물의 중량비를 동정할 수 있다.
또한, CNT에 대한 부착의 용이함으로부터, 공액계 중합체의 중량 평균 분자량이 1000 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 공액계 중합체란, 반복 단위가 공액 구조를 취하고, 중합도가 2 이상인 화합물을 가리킨다.
CNT의 표면의 적어도 일부에 공액계 중합체를 부착시킴으로써, CNT가 보유하는 높은 전기적 특성을 손상시킬 일 없이 CNT를 용액 중에 균일하게 분산하는 것이 가능해진다. 또한, CNT가 균일하게 분산된 용액으로부터 도포법에 의해, 균일하게 분산한 CNT막을 형성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 높은 반도체 특성을 실현할 수 있다.
CNT에 공액계 중합체를 부착시키는 방법은, (I) 용융한 공액계 중합체 중에 CNT를 첨가하여 혼합하는 방법, (II) 공액계 중합체를 용매 중에 용해시키고, 이 중에 CNT를 첨가하여 혼합하는 방법, (III) CNT를 용매 중에 초음파 등으로 예비 분산시켜 두고, 거기에 공액계 중합체를 첨가하여 혼합하는 방법, (IV) 용매 중에 공액계 중합체와 CNT를 넣고, 이 혼합계에 초음파를 조사하여 혼합하는 방법 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 어느 방법을 사용해도 되고, 복수의 방법을 조합해도 된다.
공액계 중합체로서는, 폴리티오펜계 중합체, 폴리피롤계 중합체, 폴리아닐린계 중합체, 폴리아세틸렌계 중합체, 폴리-p-페닐렌계 중합체, 폴리-p-페닐렌비닐렌계 중합체 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 공액계 중합체는 단일의 모노머 유닛이 배열된 것이 바람직하게 사용되지만, 다른 모노머 유닛을 블록 공중합한 것, 랜덤 공중합한 것도 사용된다. 또한, 그래프트 중합한 것도 사용할 수 있다.
반도체층의 형성 방법으로서는, 저항 가열 증착, 전자선 빔, 스퍼터링, CVD 등 건식의 방법을 사용하는 것도 가능하지만, 제조 비용이나 대면적에 대한 적합의 관점에서, 도포법을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 스핀 코팅법, 블레이드 코팅법, 슬릿 다이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바 코터법, 주형법, 인쇄 전사법, 침지 인상법, 잉크젯법 등을 바람직하게 사용할 수 있고, 도막 두께 제어나 배향 제어 등, 얻고자 하는 도막 특성에 따라서 도포 방법을 선택할 수 있다. 또한, 형성한 도막에 대하여 대기 하, 감압 하 또는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 분위기 하에서 어닐링 처리를 행해도 된다.
캐패시터(13, 14, 15)는, 일반적으로 사용되는 것이면 되고, 사용되는 재료, 형상은 특별히 한정은 되지 않는다. 캐패시터의 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 상기 전극 및 절연층의 형성 방법과 동일한 것을 들 수 있다. 또한, 각 캐패시터의 용량값은 적절히 선택하면 된다.
정류 회로(3)는 레귤레이터 등을 포함하는 전원 전압 제어 회로를 더 구비하고 있어도 된다. 전원 전압 제어 회로는, 정류 회로(3)로 정류된 전압을 안정화시켜, 내부 전원 전압을 안정화시키는 것이며, 회로 구성, 재료, 형상 등은 일반적으로 사용되는 것이면 어떠한 것이어도 된다.
내부 회로(4)는 제어 회로, 기억 회로, 복조 회로 등을 포함한다. 정류 회로(3)로부터 공급되는 전원 전압에 의해 구동하고, 리더/라이터로부터 송신되는 커맨드에 따른 동작을 행한다. 예를 들어, 리더/라이터로부터 송신되는 각종 커맨드 등을 복조하여 디지털 신호로 변환하고, 커맨드 판정을 행하고, 필요에 따라 기억 회로로부터 데이터의 판독/기입을 행한다. 그 응답 데이터에 따라서 스위치 소자(5)를 동작시킨다.
제어 회로, 기억 회로, 복조 회로 등의 회로 구성은, 일반적으로 사용되는 것이면 되고, 사용되는 재료, 형상은 특별히 한정은 되지 않는다. 또한, 기억 회로는, 예를 들어, EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) 등의 불휘발성 메모리를 포함하고, 각종 데이터 등이 저장되어 있다.
스위치 회로(7)는 적어도 스위치 소자(5) 및 커플링 배선(6)을 포함한다. 스위치 소자(5)는 내부 회로(4)와 커플링 배선(6) 사이에 마련된다. 커플링 배선(6)은 스위치 소자(5)와 접속하고 있는 개소 이외에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 안테나(2)나 다른 어느 회로, 배선과도 접속이나 접촉은 하고 있지 않다.
스위치 소자(5)는 내부 회로(4)의 동작에 따라서 ON 상태와 OFF 상태가 전환되는 것이면 되고, 예를 들어 전계 효과형 트랜지스터로 구성된다. 도 4에, 전계 효과형 트랜지스터(30)로 구성되는 스위치 소자를 도시한다. 전계 효과형 트랜지스터(30)는 소스 전극(31), 게이트 전극(32), 드레인 전극(33), 기판(34), 절연층(35) 및 반도체층(36)을 갖는다. 게이트 전극(32)은 절연층(35)에 의해 소스 전극(31) 및 드레인 전극(33)과 전기적으로 절연되어 있다. 반도체층(36)은 소스 전극(31) 및 드레인 전극(33) 사이에 형성되어 있다. 게이트 전극(32)은 내부 회로(4)의 출력측과 전기적으로 접속하고, 드레인 전극(33)은 커플링 배선(6)과 전기적으로 접속하고 있다. 소스 전극(31)은 기준 전위에 접속되어 있다.
도 4에 도시하는 전계 효과형 트랜지스터(30)는 소위 보텀 콘택트 보텀 게이트형 구조이지만, 보텀 콘택트 톱 게이트형, 톱 콘택트 보텀 게이트형, 톱 콘택트 톱 게이트형 등 다른 구조여도 된다. 각 전극, 기판, 절연층의 재료는, 어떠한 것이어도 되고, 각각 막 두께, 폭 등은 임의이다.
또한, 반도체층(36)의 재료도 특별히 한정되지 않고 단체 반도체, 화합물 반도체, 유기 반도체, 나노 카본 재료 등, 어느 것이어도 되지만, 양호한 전기 특성이나 응답성의 속도, 도포 형성에 의한 저비용화가 가능한 것 등으로부터, 유기 반도체나 나노 카본 재료가 바람직하다.
기타, 전계 효과형 트랜지스터(30)에 사용되는 재료나, 전계 효과형 트랜지스터(30)를 구성하는 각 층의 형성 방법은, 전계 효과형 트랜지스터(20)에 있어서의 것과 공통된다.
커플링 배선(6)에 사용되는 재료는, 도전 재료이면 어떠한 것이어도 된다. 재료의 사용 효율 향상의 관점이나, 사용하는 재료의 종류가 적어지는 관점에서, 커플링 배선(6)에 사용되는 재료는 안테나(2)에 사용되는 재료와 동일한 것이 바람직하다.
커플링 배선(6)의 형상은, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 L자상을 들 수 있지만, 리더/라이터와의 통신을 효율적으로 행할 수 있도록 적절히 조정할 수 있다. 이 때의 배선 폭, 길이 등도 적절히 조정할 수 있다.
본 실시 형태 1에 관계되는 무선 통신 장치에 있어서는, 스위치 소자(5)가 ON 상태로 되면, 안테나(2)와 커플링 배선(6) 간의 정전 결합의 효과 등에 의해 안테나(2)의 임피던스가 변동하여, 리더/라이터에 반사하는 전파의 전력량이 변화함으로써 통신이 행하여진다. 이때, 안테나(2)와 스위치 회로(7)를 비접촉으로 배치하고 있음으로써, 정류 회로(3)로부터 스위치 소자(5)가 전원 전압 공급용의 전류를 인발하는 것, 즉 전원 전압의 저하를 저감할 수 있다. 따라서, 리더/라이터에 응답 신호를 송신할 때도, 안테나(2)로 수신한 전파로부터 내부 회로(4)에 안정적으로 전원 전압을 공급할 수 있다.
이때, 안테나(2)와 스위치 회로(7)의 최단 거리, 즉 안테나(2)와 커플링 배선(6)의 최단 거리 X가, 통신하는 전파의 반파장 정도 이하의 거리이면, 안테나(2)의 임피던스에 효율적으로 변화를 부여한다. 또한, 통신 감도의 관점에서, 최단 거리 X는 짧을수록 바람직하다. 구체적으로는, 1㎝ 이하인 것이 바람직하고, 5㎜ 이하인 것이 한층 바람직하다. 예를 들어, 통신하는 전파의 주파수가 920MHz인 경우에는, 최단 거리 X가 300㎛ 이하이면 더욱 바람직하다. 한편, 안테나(2)의 수전 성능의 관점에서, 최단 거리 X로서 적당한 거리가 유지되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어, 10㎛ 이상이 바람직하다.
(변형예 1)
도 5는, 실시 형태 1의 변형예 1에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 무선 통신 장치(1-1)의 경우, 스위치 회로(7-1)의 커플링 배선(6-1)은, 안테나(2)를 따라서 안테나(2)와 대략 상사인 C자상으로 되어 있다. 이 때의 커플링 배선(6-1)의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다.
(변형예 2)
도 6은, 실시 형태 1의 변형예 2에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시하는 무선 통신 장치(1-2)의 경우, 스위치 회로(7-2)의 스위치 소자(5)와 커플링 배선(6)의 사이에 캐패시터(16)가 삽입되어 있다. 이 때의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다. 또한 캐패시터(16)는 용량 성분이면 되고, 일반적으로 사용되는 것에 한정은 되지 않고, 사용되는 재료, 형상도 특별히 한정은 되지 않는다. 캐패시터의 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 상기 전극 및 절연층의 형성 방법과 동일한 것을 들 수 있다. 또한 삽입되는 캐패시터는 1개에 한정되지 않고, 2개 이상이어도 되고, 그의 용량값은 적절히 선택하면 된다.
이들은 어디까지나 일례이며, 커플링 배선의 형상은 임의이며, 스위치 소자(5)와 접속하고 있는 1개소 이외에는, 안테나(2)나 다른 어느 회로 또는 배선과도 접속이나 접촉을 하고 있지 않은 구성이면 된다.
(실시 형태 2)
본 발명의 실시 형태 2에 관계되는 무선 통신 장치는, 도 7에 도시하는 구조를 갖고 있다. 도 7에 도시하는 무선 통신 장치(1a)는 안테나(2a), 정류 회로(3a), 내부 회로(4a), 및 스위치 회로(7a)를 구비한다. 스위치 회로(7a)는 스위치 소자(5a)와, 커플링 배선(6a)을 갖는다. 정류 회로(3a) 및 내부 회로(4a)의 구성은, 실시 형태 1에서 설명한 정류 회로(3) 및 내부 회로(4)의 구성과 각각 마찬가지의 구성이다.
무선 통신 장치(1a)에 있어서, 스위치 회로(7a)의 커플링 배선(6a)의 형상은 루프상이다. 즉, 커플링 배선(6a)은 양단 모두 스위치 소자(5a)와 접속하고 있다. 또한, 커플링 배선(6a)은 스위치 소자(5a) 이외에, C자상을 이루는 안테나(2a)나 다른 어느 회로, 배선과도 접속이나 접촉은 하고 있지 않다.
스위치 소자(5a)는 내부 회로(4a)의 동작에 따라서 ON 상태와 OFF 상태가 전환되는 것이면 되고, 예를 들어 전계 효과형 트랜지스터로 구성된다. 도 8에, 전계 효과형 트랜지스터(40)로 구성되는 스위치 소자(5a)를 도시한다. 전계 효과형 트랜지스터(40)는 소스 전극(41), 게이트 전극(42), 드레인 전극(43), 기판(44), 절연층(45) 및 반도체층(46)을 갖는다. 게이트 전극(42)은 절연층(45)에 의해 소스 전극(41) 및 드레인 전극(43)과 전기적으로 절연되어 있다. 반도체층(46)은 소스 전극(41) 및 드레인 전극(43) 사이에 형성되어 있다. 게이트 전극(42)은 내부 회로(4a)의 출력측과 전기적으로 접속하고, 드레인 전극(43)은 커플링 배선(6a)과 전기적으로 접속하고 있다. 커플링 배선(6a)의 타단부는, 소스 전극(41)과 전기적으로 접속하고 있다.
도 8에 도시하는 전계 효과형 트랜지스터(40)는 소위 보텀 콘택트 보텀 게이트형 구조이지만, 보텀 콘택트 톱 게이트형, 톱 콘택트 보텀 게이트형, 톱 콘택트 톱 게이트형 등 다른 구조여도 된다.
(변형예 1)
도 9는, 실시 형태 2의 변형예 1에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 9에 도시하는 무선 통신 장치(1a-1)의 경우, 스위치 회로의 커플링 배선(6a)의 변 중 안테나(2a)와 대향하는 2변과 안테나(2a)의 거리는, 최단 거리 X이다. 또한, 커플링 배선(6a)의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다. 또한, 안테나나 커플링 배선의 형상은 도 9에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 커플링 배선이 3변 이상을 갖고 있으며, 그 중 안테나와 대향하는 변의 수가 3 이상인 경우도 있을 수 있다. 이러한 경우에도, 안테나와 대향하는 변과 안테나의 거리가 최단 거리 X로 되어 있으면 된다.
(변형예 2)
도 10a, 도 10b는, 실시 형태 2의 변형예 2에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 10a에 도시하는 무선 통신 장치(1a-2)의 경우, 스위치 회로(7a-2)의 커플링 배선(6a-2)은 타원형으로 되어 있다. 또한, 도 10b에 도시하는 무선 통신 장치(1a-3)와 같이, 안테나(2a-3)의 내측면의 일부가 커플링 배선(6a-2)과 마찬가지의 타원형의 일부를 이루도록 뚫어서 형성되어 있어, 커플링 배선(6a-2)이 그의 내측면의 일부를 따라서 대향하고 있는 경우가 보다 바람직하다. 또한, 커플링 배선(6a-2)의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다.
(변형예 3)
도 11a, 도 11b는, 실시 형태 2의 변형예 3에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 11a에 도시하는 무선 통신 장치(1a-4)의 경우, 스위치 회로(7a-4)의 커플링 배선(6a-4)은, 삼각형으로 되어 있다. 또한, 도 11b에 도시하는 무선 통신 장치(1a-5)와 같이, 안테나(2a-5)의 내측면의 일부가 커플링 배선(6a-4)과 마찬가지의 삼각형의 일부를 이루도록 뚫어서 형성되어 있고, 커플링 배선(6a-4)이 그의 내측면의 일부를 따라서 대향하고 있는 경우가 보다 바람직하다. 또한, 커플링 배선(6a-4)의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다.
(변형예 4)
도 12는, 실시 형태 2의 변형예 4에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 12에 도시하는 무선 통신 장치(1a-6)의 경우, 스위치 회로(7a-6)의 커플링 배선(6a-6)은, 안테나(2a-6)가 갖는 지그재그 형상의 1변을 따르는 미앤더상으로 되어 있다. 커플링 배선(6a-6)의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다.
(변형예 5)
도 13은, 실시 형태 2의 변형예 5에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 13에 도시하는 무선 통신 장치(1a-7)의 경우, 스위치 회로(7a-7)의 커플링 배선(6a-7)은, 안테나(2a)를 따르는 루프상을 이룸과 함께, 그의 외관이 대략 L자 형상을 이루고 있다. 이러한 형상의 커플링 배선(6a-7)을 사용함으로써, 스위치 회로(7a-7)의 면적을 저감할 수 있다. 커플링 배선(6a-7)의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다.
(변형예 6)
도 14는, 실시 형태 2의 변형예 6에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 14에 도시하는 무선 통신 장치(1a-8)의 경우, 스위치 회로(7a-7)의 커플링 배선(6a-7)의 변 중 안테나(2a)와 대향하는 2변과 안테나(2a)의 거리는 최단 거리 X이다. 또한, 안테나나 커플링 배선의 형상은 도 14에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 커플링 배선이 3변 이상을 갖고 있으며, 그 중 안테나와 대향하는 변의 수가 3 이상인 경우도 있을 수 있다. 이러한 경우에도, 안테나와 대향하는 변과 안테나의 거리가 최단 거리 X로 되어 있으면 된다.
(변형예 7)
도 15는, 실시 형태 2의 변형예 7에 관계되는 구성을 도시하는 도면이다. 도 15에 도시하는 무선 통신 장치(1a-9)의 경우, 스위치 회로(7a-9)의 스위치 소자(5a)와 커플링 배선(6a)의 사이에 캐패시터(16, 17)가 삽입되어 있다. 이 때의 배선 폭, 길이 등은 임의이며, 적절히 조정할 수 있다. 또한 캐패시터(16, 17)는, 용량 성분이면 되고, 일반적으로 사용되는 것에 한정은 되지 않고, 사용되는 재료, 형상도 특별히 한정은 되지 않는다. 캐패시터의 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 상기 전극 및 절연층의 형성 방법과 동일한 것을 들 수 있다. 또한 삽입되는 캐패시터는 2개에 한정되지 않고, 1개 또는 3개 이상이어도 되고, 그의 용량값은 적절히 선택하면 된다.
이들 변형예는 어디까지나 일례이며, 커플링 배선의 형상은 임의이며, 스위치 소자(5a)와 접속하고 있는 2군데 이외에는 안테나나 다른 어느 회로 또는 배선과도 접속이나 접촉을 하고 있지 않은 구성이면 된다. 이들 변형예에서는, 커플링 배선에, 안테나와 가까운 거리로 대략 평행하게 뻗은 부분이 존재하기 때문에, 유도 결합의 효과 등에 의해 안테나의 임피던스를 보다 변동시키기 쉽다.
이상 설명한 본 발명의 실시 형태 2에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시 형태 1에서는, 고주파 전류의 리턴 패스가 내부 회로를 통과하는데, 실시 형태 2에서는, 고주파 전류 패스는 루프 내에서 완결되기 때문에, 기준 전위나 내부 회로의 배선 패턴의 설계를 간이화할 수 있다. 이상으로부터, 실시 형태 2가 보다 바람직하다.
또한 통신 감도의 관점에서, 실시 형태 2의 변형예 1과 같이, 안테나(2a)와 커플링 배선(6a-1)의 거리가 거의 최단 거리 X의 길이인 부분이 긴 쪽이 바람직하고, 실시 형태 2의 변형예 6과 같이, 스위치 회로(7a-7)의 면적을 저감할 수 있는 구성을 갖고 있으면 보다 바람직하다. 구체적으로는, 커플링 배선의 길이가 통신하는 전파의 1/64 파장 이상의 길이인 것이 바람직하고, 커플링 배선 중 최단 거리 X로 안테나와 대략 병행으로 뻗은 부분의 길이가 통신하는 전파의 1/64 파장 이상의 길이인 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 길이는 각각 1/16 파장 이상의 길이이면 보다 바람직하다. 한편, 안테나의 수전 성능의 관점에서, 상기 각 길이가 너무 길지 않은 것이 바람직하고, 예를 들어, 통신하는 전파의 1/4 파장 이하의 길이가 바람직하다.
통신하는 전파의 바람직한 파장 영역으로서는, HF대, VHF대 및 UHF대, 나아가 UHF대가 한층 바람직하다.
(실시 형태 3)
본 발명의 실시 형태 3에 관계되는 무선 통신 장치는, 도 16에 도시하는 구조를 갖고 있다. 도 16에 도시하는 무선 통신 장치(1b)는 안테나(2b), 정류 회로(3b), 내부 회로(4b), 및 스위치 회로(7b)를 구비한다. 안테나(2b)는 HF대에 적합한 코일상을 이루고 있다. 스위치 회로(7b)는 스위치 소자(5b)와, 커플링 배선(6b)을 갖는다. 정류 회로(3b), 내부 회로(4b), 및 스위치 회로(7b)의 구성은, 실시 형태 1, 또는 실시 형태 2에서 설명한 어느 것의 무선 통신 장치에 있어서의 정류 회로, 내부 회로, 및 스위치 회로의 구성과 각각 마찬가지의 구성이다. 도 16에서는, 커플링 배선(6b)이 루프 형상을 이루고 있고, 그 중 2변이, 안테나(2b)의 최내주의 2변을 따라서 최단 거리 X 떨어져 배치되어 있다. 또한, 커플링 배선(6b)의 형상은 임의이며, 스위치 소자(5b)와 접속하고 있는 개소 이외에는 안테나(2b)나 다른 어느 회로 또는 배선과도 접속이나 접촉을 하고 있지 않은 구성이면 된다. 또한, 통신 감도의 관점에서, 안테나(2b)와 커플링 배선(6b)의 거리가 거의 최단 거리 X의 길이인 부분의 길이는, 안테나(2b)의 길이의 1할 정도인 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 발명의 실시 형태 3에 의하면, 실시 형태 1, 실시 형태 2와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 16에서는 안테나(2b)가 사각의 루프상을 이루고 있고, 이에 수반하여 커플링 배선(6b)도 사각 형상을 이루고 있었지만, 보다 일반적으로 안테나는 다각형의 루프상을 이루고 있어도 된다. 그 경우, 커플링 배선의 형상도 안테나의 형상에 따라서 정해진다. 구체적으로는, 커플링 배선이 갖는 변 중, 안테나와 대향하는 변과 안테나의 거리가 최단 거리 X로 되어 있으면 된다.
(기타의 실시 형태)
상술한 바와 같이, 몇 가지 예를 들어서 설명했지만, 본 발명의 실시 형태는 이들에 한정될 일 없이, 안테나의 형상, 커플링 배선의 형상, 스위치 회로의 배치 위치는 임의이다.
또한, 안테나와 커플링 배선을 동일 평면 상에 기재하고 있지만, 반드시 동일 평면 상인 필요는 없고, 입체적인 위치 관계로 되어 있어도 상관없다. 예를 들어, 안테나가 포함되는 층 상에 절연층, 또는 절연 기판이 마련되고, 그 위에 스위치 회로의 커플링 배선이 배치되는 구성 등이어도 된다. 이 경우, 무선 통신 장치를 상면측(도 1 등에 도시하는 측)으로부터 보았을 때에 안테나와 커플링 배선의 위치의 적어도 일부가 겹쳐 있는 구성이어도 상관없다. 절연층, 또는 절연 기판의 존재에 의해, 양자가 비접촉인 것이 유지되기 때문이다.
또한, 상기 실시 형태 또는 변형예의 구성도는, 본 명세서에서는 기재하고 있지 않은 캐패시터, 저항, 다이오드, 인덕터, 트랜지스터 등의 여러가지 소자나, 그들을 조합한 회로 등을 더 포함할 수 있는 것이다.
1, 1-1, 1-2, 1a, 1a-1, 1a-2, 1a-3, 1a-4, 1a-5, 1a-6, 1a-7, 1a-8, 1a-9, 1b: 무선 통신 장치
2, 2a, 2a-3, 2a-5, 2a-6, 2b: 안테나
3, 3a, 3b: 정류 회로
4, 4a, 4b: 내부 회로
5, 5a, 5b: 스위치 소자
6, 6-1, 6a, 6a-2, 6a-4, 6a-6, 6a-7, 6b: 커플링 배선
7, 7-1, 7-2, 7a, 7a-2, 7a-4, 7a-6, 7a-7, 7a-9, 7b: 스위치 회로
10: 배전압 정류 회로도
11, 12: 다이오드
13, 14, 15, 16, 17: 캐패시터
20: 다이오드 접속된 전계 효과형 트랜지스터
21: 소스 전극
22: 게이트 전극
23: 드레인 전극
24: 기판
25: 절연층
26: 반도체층
27: 배선
30, 40: 전계 효과형 트랜지스터
31, 41: 소스 전극
32, 42: 게이트 전극
33, 43: 드레인 전극
34, 44: 기판
35, 45: 절연층
36, 46: 반도체층
A, B: 배전압 정류 회로의 입력 단자
C, D: 배전압 정류 회로의 출력 단자
X: 안테나와 스위치 회로의 커플링 배선간 거리

Claims (10)

  1. 전파를 송수신하는 안테나와,
    상기 안테나에 접속되고, 상기 안테나가 수신한 전파를 정류하여 전압을 생성하는 정류 회로와,
    상기 정류 회로에서 생성한 전압에 의해 동작하는 로직 회로와,
    상기 안테나와 비접촉으로 배치되고, 상기 로직 회로의 출력 신호에 기초하여 동작하는 스위치 회로를 구비하고,
    상기 스위치 회로는 배선과 스위치 소자를 포함하고,
    상기 스위치 소자의 동작에 의해 상기 안테나의 임피던스를 변화시키는
    무선 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치 회로에 포함되는 상기 배선은 커플링 배선이며, 당해 커플링 배선은 상기 스위치 소자와 접속되고, 또한 적어도 그의 일부가 상기 안테나의 근방에 비접촉으로 배치되는 무선 통신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 커플링 배선의 적어도 일부가 상기 안테나와 대략 평행하게 배치되는 무선 통신 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나와 상기 스위치 회로의 최단 거리가 1㎝ 이하인 무선 통신 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치 회로에 포함되는 상기 배선의 길이가, 통신하는 전파의 1/64 파장 이상인 무선 통신 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치 회로에 포함되는 배선이 루프상인 무선 통신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위치 회로에 포함되는 상기 루프상의 배선의 길이가, 통신하는 전파의 1/64 파장 이상인 무선 통신 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 회로가 배전압 정류 회로인 무선 통신 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 회로가 반도체 도포층을 갖는 정류 소자를 포함하는 무선 통신 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 회로가 표면의 적어도 일부에 공액계 중합체가 부착된 카본 나노튜브를 포함하는 반도체층을 갖는 정류 소자를 포함하는 무선 통신 장치.
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