WO2022107637A1 - 電磁波減衰フィルム - Google Patents
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Definitions
- An embodiment of the present invention relates to an electromagnetic wave attenuation film capable of capturing an incident wave and attenuating a reflected wave.
- Radio waves with a frequency band of several gigahertz (GHz) are used in mobile communications such as mobile phones, wireless LANs, and automatic toll collection systems (ETCs).
- GHz gigahertz
- ETCs automatic toll collection systems
- Patent Document 1 proposes a laminated sheet in which a rubber-like radio wave absorbing sheet and a paper-like sheet material such as corrugated cardboard are laminated. Further, for the purpose of absorbing radio waves in a higher frequency band, Patent Document 2 describes that the longitudinal direction of the flat soft magnetic particles is aligned with the surface direction of the sheet so that the frequency band of 20 GHz or more can be absorbed. A radio wave absorbing sheet capable of absorbing radio waves has been proposed.
- a radio wave absorber having a particle-filled structure having an epsilon iron oxide ( ⁇ -Fe 2 O 3 ) crystal as a magnetic phase exhibits radio wave absorption performance in the range of 25 to 100 GHz (patented). See Document 3).
- Patent Document 4 has a plastic film and a single-layer or multi-layered metal thin film provided on at least one surface thereof, and a large number of substantially parallel and intermittent linear marks are formed on the metal thin film with an irregular width and.
- a metal thin film-plastic composite film with linear marks suitable for an electromagnetic wave absorber formed in a plurality of directions at intervals has been proposed.
- Patent Document 5 describes a resonance layer in which a plurality of patch conductors having individual resonance frequencies are arranged in a predetermined periodic pattern, a dielectric layer that multiplex-reflects radio waves resonated in the resonance layer, and radio waves incident from the dielectric layer.
- a radio wave absorption structure including a reflective conductor layer that reflects toward the dielectric layer side is disclosed.
- the electromagnetic wave absorption sheet as described above is used not only in the electronic device but also in the interior of the building.
- the electromagnetic wave absorbing material as described in Patent Document 6, epoxy resin, polyurethane resin, rubber chloride resin, vinyl chloride resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, epoxy acrylate resin, etc. Acrylate copolymer modified resin of the above is used. Further, rubber-based materials such as polyamide-imide and synthetic rubber as described in Patent Document 7 are also used.
- Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-233834 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-198163 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-060484 International Publication No. 2010/093027 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-09829 Patent No. 2612592 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-86422
- an electromagnetic wave absorption sheet as described above can be considered, but at present, most of them correspond to frequencies of about 20 GHz to several tens of GHz, and correspond to the millimeter wave band. do not have.
- an electromagnetic wave absorption sheet that absorbs electromagnetic waves in the millimeter wave band
- the one currently in practical use has a thick sheet in order to maintain the absorption performance. Therefore, it is difficult to suppress electromagnetic noise by incorporating it into the housing of a device that is becoming highly integrated.
- the electromagnetic wave absorber installed in an electronic device, the interior of a building, etc. is used continuously for a long period of time, it is an electromagnetic wave attenuation film having excellent environmental resistance such as weather resistance and heat resistance.
- the purpose is also to provide.
- the electromagnetic wave attenuation film of the present invention is considered to be a film capable of constantly localizing an electromagnetic field. That is, the electromagnetic wave attenuation film of the present invention is considered to be a film capable of capturing an electromagnetic field.
- the "capture" of an electromagnetic field can be a state in which an electric field and a magnetic field are constantly localized.
- the captured electromagnetic field is partially absorbed by being converted into heat, and a part is re-emitted. That is, the energy of the captured electromagnetic field is converted into the energy of heat and the energy of the re-emitted electromagnetic wave. Since this re-emission is generally considered to have low directivity, it is considered that the electromagnetic wave in the specular reflection direction is reduced and the reflected wave is attenuated. Therefore, the reflected wave of the electromagnetic wave can be attenuated by absorption due to conversion of the incident electromagnetic wave into heat and scattering due to re-emission.
- the electromagnetic wave is attenuated by such a mechanism different from the conventional one, it is possible to attenuate the electromagnetic wave with a thin structure of 1/4 or less with respect to the wavelength which was conventionally impossible. Further, according to the embodiment of the present application, it is enormous to obtain a film capable of attenuating electromagnetic waves with a thickness of 10-2 orders of wavelength.
- the present invention comprises a dielectric substrate having front and back surfaces, a thin film conductive layer arranged on the front surface, and a flat plate inductor or bonded layer arranged on the back surface, and the thin film conductive layers are arranged separately. It relates to an electromagnetic wave attenuation film used in a specific frequency band of millimeter waves, which comprises a plurality of metal plates. A top coat layer may be provided on the thin film conductive layer.
- One of the electromagnetic wave attenuation films according to the present invention is that the value of the natural logarithm of the value obtained by normalizing the thickness T of the metal plate with the skin depth d falls within a predetermined numerical range in a specific frequency band. It is a characteristic electromagnetic wave attenuation film. Specifically, -1.0 ⁇ ln (T / d) ⁇ 0.0 in the frequency 27 GHz to 34 GHz band, -2.0 ⁇ ln (T / d) ⁇ -0.5 in the frequency 35 GHz to 50 GHz band, Alternatively, -2.5 ⁇ ln (T / d) ⁇ -1.0 is satisfied in the frequency band of 57 GHz to 90 GHz.
- the dielectric base material has an unevenness on the front surface including a first region of a relatively low concave portion and a relatively high second region. ..
- the thin film conductive layer includes a plurality of metal plates arranged in the first region. The first region is arranged discretely, and the second region is arranged between the plurality of the first regions. Specifically, it is used in a frequency 27 GHz to 34 GHz band, a frequency 35 GHz to 50 GHz band, or a frequency 57 GHz to 90 GHz band.
- the embodiment of the present invention it is possible to provide a thin electromagnetic wave attenuation film capable of attenuating radio waves having a frequency in the millimeter wave band. It is also possible to provide an electromagnetic wave attenuation film having excellent weather resistance.
- FIG. 5 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which a metal plate has a rectangular shape in Example 1C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic of a hexagonal shape of a metal plate in Example 1C.
- FIG. 5 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which a metal plate has a convex shape in Example 1C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a triangular shape in Example 1C.
- Example 1C It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a cross shape in Example 1C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic in Example 1D. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic in the case where the top coat layer is provided in Example 1A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 35GHz of Example 2A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 39GHz of Example 2A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 41GHz of Example 2A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 45GHz of Example 2A.
- Example 2C It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 50 GHz of Example 2A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic according to the ratio of the metal area at 39 GHz of Example 2B. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a circular shape in Example 2C. 2C is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which a metal plate has a rectangular shape in Example 2C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a hexagonal shape in Example 2C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a convex shape in Example 2C.
- Example 2C It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a triangular shape in Example 2C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a cross shape in Example 2C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic of a metal plate loop shape in Example 2C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic of the modified example in which two layers of the electromagnetic wave attenuation film which the metal plate has a loop shape are laminated in Example 2C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic in Example 2D. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at the time of providing the top coat layer in Example 2A.
- Example 3A It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 57GHz of Example 3A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 66GHz of Example 3A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 71GHz of Example 3A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 81GHz of Example 3A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 86GHz of Example 3A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at 90 GHz of Example 3A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic according to the ratio of the metal area at 81GHz of Example 3B.
- 3C is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which a metal plate has a rectangular shape in Example 3C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic of a hexagonal shape of a metal plate in Example 3C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a convex shape in Example 3C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a triangular shape in Example 3C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic which the metal plate has a cross shape in Example 3C. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic in Example 3A. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic in Example 3D. It is a graph which shows the electromagnetic wave attenuation characteristic at the time of providing the top coat layer in Example 3A. It is a graph which shows the relationship between the dimension of a metal plate and the wavelength of an electromagnetic wave which is attenuated.
- the electromagnetic wave attenuation film 1 includes a dielectric base material (dielectric layer) 10, a thin film conductive layer 30 formed on the front surface 10a of the dielectric base material 10, and a flat plate inductor 50 formed on the back surface 10b of the dielectric base material. And have.
- the thin film conductive layer is a layer of a thin conductor.
- the thin film conductive layer includes a plurality of metal plates. Further, the thin film conductive layer may include a support cage (described later).
- the flat plate inductor has conductivity, and an external magnetic flux generates a current near the surface inside the flat plate inductor. Further, it has a function of generating a magnetic field in the vicinity of the surface outside the flat plate inductor in accordance with the current.
- the shape of the flat plate inductor can be a flat plate (Slab).
- the dielectric base material is an insulating base material sandwiched between the thin film conductive layer and the flat plate inductor.
- the front surface can be the surface on which the electromagnetic wave is incident.
- the back surface is the surface opposite to the front surface of the dielectric substrate.
- the dielectric substrate 10 may have a first region 121 having a relatively low front surface and a second region 122 having a relatively high front surface around the first region.
- the thin film conductive layer located on the second region 122 is referred to as a support cage.
- the thin film conductive layer includes a support cage on the second region 122.
- this frequency f is defined as the attenuation center frequency f.
- the frequency of the average value of a plurality of frequencies from the minimum value with the largest attenuation to -3 dB is set as the attenuation center frequency.
- the attenuation center wavelength can be the speed of light in the dielectric substrate divided by the attenuation center frequency f described later.
- the electromagnetic wave attenuation film 1 may be provided with a top coat layer 200 for achieving impedance matching with air and improving the weather resistance of the sheet.
- FIG. 1 is a schematic plan view showing an electromagnetic wave attenuation film 1 according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic view showing a part of a cross section taken along the line I-I of FIG.
- the dielectric base material 10 is formed of a dielectric and can be sandwiched between conductive materials to form a capacitor.
- the dielectric base material 10 can be an insulating material.
- a typical example of the material constituting the dielectric base material 10 is a synthetic resin.
- the type of synthetic resin is not particularly limited as long as it has sufficient strength, flexibility and processability as well as insulating properties. This synthetic resin can be a thermoplastic resin.
- the synthetic resin is, for example, polyester such as polyethylene terephthalate (PET); polyarylene sulfide such as polyphenylene sulfide; polyolefin such as polyethylene and polypropylene; polyamide, polyimide, polyamideimide, polyether sulfone, polyether ether ketone, polycarbonate, acrylic. Examples include resin and polystyrene. These materials may be used alone, two or more kinds thereof may be mixed, or a laminated body may be formed. Further, the dielectric base material 10 may contain conductive particles, insulating particles, magnetic particles, or a mixture thereof.
- the thickness of the dielectric substrate can be made sufficiently thin with respect to the wavelength of the electromagnetic wave. It is known that when the dielectric substrate is sufficiently thin with respect to the wavelength of the electromagnetic wave, no traveling wave is generated in the dielectric substrate. "Sufficiently thin" can be less than half the wavelength. Below 1/2 the wavelength, the traveling wave does not guide. This is a phenomenon called electromagnetic wave cutoff. Furthermore, it can be 1/10 or less of the wavelength. Generally, when the difference in the propagation distance of electromagnetic waves is 1/10 or less of the wavelength, a substantial phase difference does not occur.
- the electromagnetic wave re-emitted by the metal plate and the reflected wave between the flat plate inductor are substantially equal to the distance. No phase difference occurs. It is believed that electromagnetic waves do not waveguide into a sufficiently thin dielectric substrate sandwiched between conductors, and electromagnetic waves are usually cut off at such thinness, as such. No electric or magnetic field is localized on the dielectric substrate. It should be noted that this wavelength in the embodiment of the present invention can be the attenuation center wavelength. Moreover, unexpectedly, attenuation is obtained even when the dielectric substrate is 1/100 or less of the wavelength. Such a thickness is the same level as the unevenness of the mirror surface with the highest accuracy, and the attenuation is obtained with a structure having substantially no thickness with respect to the scale of the electromagnetic wave.
- the thickness of the dielectric base material 10 can be 5 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. Further, the thickness of the dielectric base material 10 can be 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. It is thinner than 1/2 the wavelength of the millimeter wave band and even thinner than 1/10 of the wavelength of the millimeter wave band. Therefore, although the electromagnetic wave attenuation film is a thin film, it is possible to attenuate electromagnetic waves in the millimeter wave band.
- the thickness of the dielectric substrate 10 is constant or variable.
- the dielectric base material 10 can be a single layer or a multilayer.
- the front surface of the dielectric base material 10 may have irregularities.
- the dielectric base material 10 may have a carrier 11 and a base layer 12 on the carrier 11.
- the front surface of the base layer 12 may have irregularities.
- the carrier 11 can be an extruded film.
- the extruded film can be a non-stretched film or a stretched film.
- the base layer 12 may be composed of two layers, a molding layer and an anchor layer. Further, an adhesive layer may be provided in order to improve the adhesion between the base layer 12 and the metal plate and the flat plate inductor.
- the molding layer, the anchor layer, and the adhesive layer the same materials as those constituting the dielectric base material can be used.
- the carrier 11 constitutes the back surface 10b of the dielectric base material 10
- the base layer 12 constitutes the front surface 10a of the dielectric base material 10.
- the front surface 10a has irregularities, it is advisable to provide an uneven structure on the base layer 12. That is, the front surface 10a of the dielectric base material 10 has unevenness corresponding to the unevenness of the base layer 12, and the back surface 10b of the dielectric base material 10 is substantially flat.
- the electromagnetic wave attenuation film 1 the characteristics change depending on the aspect of the unevenness of the front surface 10a. This point will be described later.
- the thin film conductive layer 30 covers the entire or a part of the front surface 10a in the plan view of the electromagnetic wave attenuation film 1.
- the flat plate inductor 50 covers the entire or a part of the back surface 10b.
- the flat plate inductor 50 has a portion not covered by the thin film conductive layer 30 or the flat plate inductor 50, for example, in a part of the peripheral edge of the electromagnetic wave attenuation film 1 as long as the performance of the electromagnetic wave attenuation film 1 is not significantly impaired. May be good.
- the materials of the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 are not particularly limited as long as they have conductivity. From the viewpoint of corrosion resistance and cost, aluminum, copper, silver, gold, platinum, tin, nickel, cobalt, chromium, molybdenum, iron and alloys thereof are preferable.
- the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 can be formed, for example, by performing vacuum deposition on the dielectric base material 10.
- the flat plate inductor 50 may be a conductive compound. Further, the flat plate inductor 50 may have a continuous surface, or may have a pattern such as a mesh or a patch.
- the thickness of the thin film conductive layer 30 can be 10 nm or more and 1000 nm or less.
- the flat plate inductor 50 can be a casting, a rolled metal plate, a metal foil, a thin-film deposition film, a sputter film, and plating.
- the thickness of the rolled metal plate can be 0.1 mm or more and 5 mm or less.
- the thickness of the metal foil can be 5 ⁇ m or more and less than 100 ⁇ m.
- the thickness can be 0.5 ⁇ m or more and less than 5 mm.
- the thickness of the flat plate inductor 50 can be 0.5 ⁇ m to 5 mm. Further, when the flat plate inductor 50 is a casting, the thickness is not specified, but the maximum dimension can be 10 mm or more. Further, the thickness of the flat plate inductor 50 can be equal to or greater than the skin depth required by the attenuation center wavelength. Further, the thickness of the flat plate inductor 50 can be made thicker than the thickness of the thin film conductive layer 30. The materials of the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 can be the same metal type.
- the same metal type may be the same pure metal or an alloy of the same metal (for example, both are aluminum alloys), or the thin film conductive layer 30 may be a pure metal and the flat plate inductor 50 may be an alloy of the metal of the thin film conductive layer 30. Further, the materials of the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 may be different metal types.
- the thin film conductive layer 30 may have a topcoat layer 200 on the opposite surface of the dielectric substrate.
- FIG. 3 is a schematic view showing a part of a cross section taken along the line I-I of FIG. 1 when the top coat layer is provided.
- the flat plate inductor 50 may also have the topcoat layer 200 on the opposite surface of the dielectric substrate.
- the thickness of the top coat layer 200 can be 0.1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. Further, it can be 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
- the topcoat layer 200 is a single layer or a multilayer.
- the material of the top coat layer 200 can be a urethane resin, an acrylic resin, a polyamide, a polyimide, a polyamide-imide, an epoxy resin, a silicone resin alone, a mixture, or a composite. Further, insulating particles, magnetic particles, conductive particles, or a mixture thereof may be contained. The particles can be inorganic particles.
- the impedance matches with the air through which the radio waves propagate, and the radio waves can be effectively attenuated with respect to the thin film conductive layer.
- the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 can be provided with corrosion resistance, chemical resistance, heat resistance, friction resistance, impact resistance and the like.
- a crosslinked acrylic resin, a crosslinked epoxy resin, a polyamide, a polyimide, a polyamide-imide, a silicone resin, or the like it is possible to improve the heat resistance after improving the solvent resistance. Further, it is possible to improve the impact resistance by using a urethane resin or the like, and to improve the friction resistance by using a silicone resin.
- the dielectric substrate 10 may have a first region 121 with a relatively low front surface and a second region 122 with a relatively high front surface.
- the plan view shape of the first region 121 can be a square, a hexagon, a cross, another polygon, a circle, or an ellipse. The corners of this square, hexagon, cross, and other polygons can be rounded.
- the first region 121 is arranged discretely.
- the first region 121 is arranged in a two-dimensional matrix at a predetermined pitch.
- the second region 122 surrounds the first region 121 in the plan view of the electromagnetic wave attenuation film 1.
- the thin film conductive layer 30 on the first region 121 contains a metal plate. That is, a metal plate is provided on the first region 121.
- the metal plate is located on the first region 121.
- the plan view shape of the metal plate can be square, hexagon, cross, other polygon, circle, or ellipse. The corners of this square, hexagon, cross, and other polygons can be rounded.
- the second region 122 is formed in a mesh pattern or a grid pattern in a plan view according to the above-described aspect of the first region 121.
- the surfaces of the first region 121 and the second region 122 in contact with the thin film conductive layer 30 are substantially parallel to the back surface. Further, it may have a rough surface on a part or the entire surface.
- the electrical resistance of the thin film conductive layer 30 can be adjusted by making a part or the entire surface of the first region 121 and the second region 122 in contact with the thin film conductive layer 30 a rough surface.
- the thin film conductive layer 30 is formed on the upper surfaces of the first region 121 and the second region 122.
- the thin film conductive layer 30 does not exist on the side surface 122a of the second region 122 extending above the first region 121, and the dielectric base material 10 is exposed.
- the thin film conductive layer 30 in the first region 121 and the thin film conductive layer 30 in the second region 122 can be electrically insulated.
- a part of the side surface 122a may be covered with the thin film conductive layer 30 as long as it can be electrically insulated.
- the metal plate of each first region can be shaped along the plan-view shape of the first region 121.
- the dielectric base material 10 may include a plurality of metal plates having the same shape and the same size in a plan view. Further, the first region 121 can be separated while being kept parallel to each other, and the arrangement density on the front surface can be made substantially uniform.
- the electromagnetic wave attenuation film 1 is considered to exhibit a unique mechanism at a specific wavelength due to the above-mentioned configuration.
- the electromagnetic wave incident on the electromagnetic wave attenuation film of the present invention behaves as follows. Specifically, the electromagnetic field and current generated by the incident wave are considered to be as follows.
- the fluctuation of the magnetic flux of the incident wave transmitted through the metal plate induces an alternating current horizontal to the incident surface of the flat plate inductor 50 in the flat plate inductor 50 according to Faraday's law.
- This alternating current generates a magnetic field that fluctuates in the dielectric substrate adjacent to the flat plate inductor 50 according to Ampere's law.
- the fluctuating magnetic field becomes a magnetic flux that fluctuates with the magnetic permeability as a coefficient.
- the electric field generated by the fluctuating magnetic flux usually induces a current in a direction that suppresses the magnetic flux according to Henry's law.
- a current higher than that induced by the incident wave flows through the metal plate. That is, although the area of the metal plate is smaller than the area of the flat plate inductor 50, it is possible to generate a current similar to that of the flat plate inductor 50.
- the direction of the current generated in this metal plate is opposite to that of the flat plate inductor 50.
- a closed circuit can be formed by the currents flowing in the metal plate and the flat plate inductor 50 in opposite directions and the displacement current flowing between them. The circuit is closed only between the metal plate and the flat plate inductor 50, and if a horizontal electric flux is not generated in the electromagnetic wave attenuation film in the space outside the electromagnetic wave attenuation film, the reflected wave cannot be generated. Further, the reflected wave by the flat plate inductor 50 and the electromagnetic wave re-emitted by the current of the metal plate are out of phase with each other, so that they cancel each other out.
- the reflected wave by the electromagnetic wave attenuation film is attenuated. From the viewpoint of energy, it is considered that multiple mechanisms act synergistically as described below.
- the first mechanism is the generation of a non-progressing, periodically oscillating electromagnetic field due to an incident wave, as will be shown later by a simulation of the magnetic field density.
- the magnetic flux is guided to the incident wave in the tangential direction of the flat plate inductor 50 by the flat plate inductor 50 on the back surface of the dielectric base material 10. Due to the induced magnetic flux, an electric field is generated in the direction extending from the pair of opposite sides of the thin film conductive layer 30 (that is, the metal plate) on the first region 121 and in the direction perpendicular to the flat plate inductor 50.
- the electromagnetic wave is incident on the flat plate inductor, the current is induced so as to be close to the surface of the flat plate inductor by the fluctuating magnetic flux.
- a magnetic field is generated in the dielectric base material 10 near the surface of the flat plate inductor.
- This electric field, the metal plate, and the current of the flat plate inductor 50 generate a magnetic field between the metal plate and the flat plate inductor 50 in the same direction as the magnetic flux induced by the flat plate inductor 50.
- the shape of the metal plate is plate-like, and the material thereof is metal.
- the electric field generated in the dielectric substrate fluctuates in the same period as the period of the incident wave.
- the periodic fluctuation of the magnetic field periodically fluctuates the electric field between the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50.
- a non-progressing, periodically fluctuating electromagnetic field is generated between the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50.
- an alternating current is induced in the metal plate by a magnetic field in a periodically fluctuating electromagnetic field.
- the periodically fluctuating electric field generates a periodically fluctuating potential in the metal plate.
- the electromagnetic field does not travel but stays in place, and the induced alternating current loses power, resulting in the conversion of the energy of the electromagnetic field into heat and absorption of the electromagnetic waves.
- the alternating current induced in the metal plate re-emits the electromagnetic wave from the surface of the metal plate opposite to the surface in contact with the dielectric base material 10.
- the frequency of the induced alternating current is the same as the frequency of the incident wave, so the frequency of the re-emitted electromagnetic wave is the frequency of the incident wave. It will be the same. As a result, an electromagnetic wave having the same frequency as the incident wave is re-emitted. Further, when the oscillating electromagnetic field is considered as a quantum, it is conceivable that the quantum loses energy and a long-wavelength electromagnetic wave having a lower energy is re-emitted.
- re-emission is considered to include stimulated emission and spontaneous emission due to incident electromagnetic waves.
- Stimulated emission is considered to emit a reflected wave and a coherent electromagnetic wave in which the incident wave is reflected in the reflection direction of the incident wave, that is, the specular reflection direction.
- Spontaneous emission is thought to decay over time.
- the spatial distribution of spontaneous emission is considered to be close to Lambertian reflection when the electromagnetic wave attenuation film does not have a diffraction structure, an interference structure, or a refraction structure.
- the attenuation center wavelength correlates with the dimension W1 in the plane direction of the thin film conductive layer 30 formed on the first region 121 shown in FIG. 2 (see FIG. 7, hereinafter may be referred to as “width W1”).
- the wavelength of the electromagnetic wave preferably attenuated by the first mechanism can be changed by changing the dimension W1, and in the electromagnetic wave attenuation film 1, the attenuation of the electromagnetic wave can be set with a high degree of freedom and easily. Therefore, it is possible to easily capture electromagnetic waves of linear polarization in the band of 15 GHz or more and 150 GHz or less.
- the section of the thin film conductive layer having a width W1 of 0.25 mm or more can be used as a metal plate.
- W1 the maximum value can be defined as W1 in the metal plate.
- the relationship between the frequency of the attenuated electromagnetic wave and the width of the metal plate can be represented as a straight line on a logarithmic graph. That is, the frequency of the attenuated electromagnetic wave is a power function of the width of the metal plate. The power of the function is approximately -1, which is almost inversely proportional.
- a plurality of metal plates included in the thin film conductive layer a plurality of types having different dimensions W1 may be arranged. In this case, the attenuation peaks of the respective electromagnetic waves are superimposed, and the electromagnetic wave that can be attenuated can be widened.
- the second mechanism is the confinement of the electromagnetic field by the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50.
- the dielectric base material 10 is sandwiched between the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 in the first region 121. Therefore, the electric field generated in the dielectric base material 10 of the electromagnetic wave attenuation film 1 by the electromagnetic wave is in the dielectric base material 10 between the thin film conductive layer 30 including the metal plate and the flat plate inductor 50 due to the electric charge and the current of the metal plate. Trapped in. That is, the metal plate suppresses the electromagnetic field and confine the electromagnetic field in the dielectric base material 10. That is, the metal plate can function as a choke.
- the metal plate can be a choke plate that functions as a choke.
- the magnetic flux is induced in the first region by the periodic fluctuation of this confined electric field.
- the oscillating electromagnetic field is accumulated in the first region, and the energy density of the electromagnetic field is increased.
- the higher the energy density the easier it is to attenuate, so this mechanism efficiently attenuates electromagnetic waves.
- the higher the dielectric loss tangent of the dielectric substrate 10 the greater the energy loss of the electromagnetic field accumulated in the dielectric substrate.
- the magnetic field accumulated on the dielectric substrate is accompanied by a large current on the metal plate, and the electric field accumulated on the dielectric substrate causes a large potential difference.
- the power loss which is the product of a large current and a large potential difference, can be increased. As a power loss, the energy of the electromagnetic wave is consumed, and as a result, the electromagnetic wave is attenuated.
- the third mechanism is due to power loss in an electric circuit including a capacitor due to the opposed thin film conductive layer 30, the flat plate inductor 50, and the dielectric substrate 10 between them.
- the dielectric base material 10 is sandwiched between the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 in both the first region 121 and the second region 122. Therefore, the first region 121, the second region 122, and the dielectric base material 10 function as capacitors. Therefore, the electromagnetic wave incident on the dielectric base material 10 of the electromagnetic wave attenuation film 1 is attenuated by the electric circuit including the capacitor. The larger the capacitance of the capacitor, the more energy can be stored by accumulating a large amount of electric charge.
- the capacitance is inversely proportional to the thickness of the dielectric base material 10, it is more preferable that the thickness of the dielectric base material 10 is thin from this viewpoint. Further, since the distance between the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 is determined by the thickness of the dielectric base material 10, the electric resistance between the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 is the thickness of the dielectric base material 10. Is proportional to. When the resistance of the dielectric base material 10 is small, the leakage current in the dielectric base material 10 increases, and the current flowing through the electric circuit including the capacitors of the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 increases.
- the power loss due to the leak current is likely to increase, and the energy of the electromagnetic wave is easily absorbed due to the power loss.
- the wavelength of the electromagnetic field to be attenuated does not shift even if the thickness of the dielectric base material 10 at the location where the metal plate is arranged is changed, so that the electric circuit including the capacitor is included.
- the thickness of the dielectric base material 10 can be designed according to the characteristics of the above.
- the electromagnetic wave incident on the electromagnetic wave attenuation film 1 generates an electromagnetic field in the dielectric base material 10 near the surface of the flat plate inductor by the first mechanism, and the electromagnetic field generated by the electromagnetic wave by the second mechanism. Is trapped by being trapped. In this way, the electromagnetic wave attenuation film 1 can capture the electromagnetic wave.
- the captured electromagnetic wave is attenuated by the electric field loss and power loss due to the second mechanism and the power loss due to the electric circuit of the third mechanism.
- the impedance matches with the air propagating by the electromagnetic wave, and the electromagnetic wave can be effectively attenuated with respect to the thin film conductive layer.
- the wavelength of the attenuated electromagnetic wave can be changed by changing the dimension W1 of the metal plate as shown in FIG. 53. More specifically, the frequency at which the reflected wave is minimized, that is, the frequency at which the attenuation is maximized, shows a very high approximation to the power of the size of the metal plate, as shown in FIG. 53. Therefore, in the electromagnetic wave attenuation film 1, the electromagnetic wave attenuation characteristics can be set with a high degree of freedom and easily. Therefore, it is easy to set to capture the electromagnetic waves of linearly polarized wave, circularly polarized wave, or elliptically polarized wave in the band of 15 GHz or more and 150 GHz or less. In the simulation of FIG. 53, the metal plate is square and W1 is the length of one side.
- the dielectric base material of the electromagnetic wave attenuation film 1 of the first embodiment has a first region 121 and a second region 122, and at least a part of the side surface 122a of the second region 122 is not covered with the thin film conductive layer 30. , Exposed.
- the portion where the electromagnetic wave can be incident can be easily increased without increasing the planar viewing area of the electromagnetic wave attenuation film, and the electromagnetic wave can be efficiently captured and attenuated.
- the thin film conductive layer 30 on the second region 122 serving as a support cage improves the electromagnetic wave attenuation property mainly by enhancing the second mechanism and the third mechanism. do. Furthermore, according to the studies by the inventors, it is considered that the electric field is strong at the peripheral edge of the metal plate, and the potential is generated even in the support cage near the peripheral edge.
- FIG. 4 shows the simulation result of the electric field strength when there is no support cage
- FIG. 5 shows the simulation result of the electric field strength when there is a support cage.
- the peripheral edge of the metal plate in (a) is shown enlarged by (b), and the metal plate is designated by the reference numeral A and the support cage is designated by the reference numeral B. Comparing FIG. 4 (b) and FIG. 5 (b), it can be seen that the electric field strength at the peripheral edge of the metal plate is stronger in FIG. 5 (b). That is, the above-mentioned potential generated in the support cage is considered to contribute to increasing the power loss in the first mechanism.
- the role played by the third mechanism is also important.
- an electric field is generated in the dielectric base material 10
- an electromagnetic field is confined below the metal plate. That is, an electromagnetic field with high energy density is generated below the metal plate.
- the confined electromagnetic field is considered to be attenuated by the power loss due to the second mechanism and the dielectric loss due to the third mechanism.
- the attenuation by the first mechanism changes depending on the admittance (reciprocal of electric resistance) of the metal constituting the metal plate.
- Admittance (siemens / m) was 10 million or more, and good electromagnetic wave attenuation was obtained.
- Silver is known as a substance having the highest admittance in a normal conductor, and its admittance is 61 to 66 ⁇ 106 , so that the upper limit of admittance is about 70 million.
- Metals with admittance of 5 million or more and 70 million or less can be used.
- the metal constituting the metal plate can be a ferromagnet, a paramagnetic material, a diamagnetic material, or an antiferromagnetic material.
- Examples of ferromagnetic metals are nickel, cobalt, iron or alloys thereof.
- Examples of paramagnetic metals are aluminum, tin ( ⁇ -tin) or alloys thereof.
- Examples of diamagnetic metals are gold, silver, copper, tin ( ⁇ -tin), zinc or alloys thereof.
- An example of a diamagnetic alloy is brass, which is an alloy of copper and zinc.
- An example of an antiferromagnetic metal is chromium.
- the metal plates of these metals showed good electromagnetic attenuation.
- the surface of the metal plate may be oxidized, nitrided or oxynitrided.
- the metal oxide and metal nitride on the surface of the metal plate can be formed by surface treatment.
- the surface treatment can be a chemical treatment using chemicals, a heat treatment, or both.
- the metal oxide film may be present in the metal plate, or there may be a layer in which the metal and the metal oxide are mixed. In such a configuration, the resistance value of the metal plate increases and the voltage drop increases, so that the power loss becomes large and the attenuation of electromagnetic waves can be improved.
- the metal plate 30A can be a multilayer film in which films of different materials are laminated. The material of the film to be laminated can be a conductor or an insulator.
- the dielectric base material 10 is formed.
- the resin forming the base layer 12 can be a photosensitive resin. In this case, photolithography can be used.
- the photosensitive resin can be a negative resist or a positive resist.
- the base layer 12 can also be formed of a photocurable resin.
- the base layer 12 can also be formed of a thermoplastic resin. In this case, thermal transfer can be used.
- the base layer 12 can also be formed of a thermosetting resin.
- the resin may be a soluble resin (oil-based ink) soluble in a solvent. Further, the resin may be a water-soluble resin (water-based ink).
- the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 are formed on the front surface 10a and the back surface 10b of the dielectric base material 10, respectively.
- the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 can be formed by physical deposition. Physical deposition can be vapor deposition or sputtering. Either the thin film conductive layer 30 or the flat plate inductor 50 may be formed first, and the materials of the two may be different.
- the flat plate inductor 50 can be any of casting, rolled metal plate, metal foil, thin-film deposition film, sputter film and plating.
- the material of the casting can be cast iron or an aluminum alloy.
- the material of the rolled metal plate can be steel, stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy.
- the plating can be electrolytic plating or electroless plating.
- the plating can be copper plating, electroless nickel plating, electrolytic nickel plating, zinc plating, electrolytic chrome plating, or a laminate thereof.
- the metal plate and other parts are not connected. If they are connected, the width W1 described above will change, so the attenuation of electromagnetic waves may differ from what is expected. Therefore, a step of removing the thin film conductive layer 30 formed on the side surface of the second region may be added. Laser etching or the like can be used in this step.
- the coating method is not particularly limited and may be appropriately selected from the methods used in film production.
- Examples of the coating method include gravure coat, reverse coat, gravure reverse coat, die coat, flow coat and the like.
- the carrier 11 may be peeled off after the base layer 12 is formed. In this way, a single-layer dielectric base material composed of only the base layer 12 is formed.
- the thin film conductive layer 30 and the flat plate inductor 50 may be formed on the dielectric base material, and then the uneven shape may be formed on the thin film conductive layer 30 side.
- transfer using a plate is suitable.
- the plate is pressed against the thin film conductive layer 30 to heat it.
- the thin film conductive layer 30 pressed by the plate is likely to be stretched to connect the metal plate and other parts.
- devising a plate shape can be mentioned.
- the plate if the periphery of the convex portion forming the first region is sharply formed, the peripheral edge of the metal plate is cut when the plate is pressed against the thin film conductive layer 30. As a result, it is possible to secure a state in which the metal plate and other parts are not connected at the time of transfer.
- FIG. 6 and 7 show the electromagnetic wave attenuation film 61 of the second embodiment.
- FIG. 6 is a schematic plan view showing an electromagnetic wave attenuation film according to a second embodiment of the present invention
- FIG. 7 is a schematic view showing a part of a cross section taken along line II-II of FIG.
- FIG. 8 is a schematic view showing a part of a cross section taken along line II-II of FIG. 6 when the top coat layer is provided.
- the electromagnetic wave attenuation film 61 includes a dielectric base material 62, a plurality of metal plates 30A, and a flat plate inductor 50.
- the thickness of the metal plate 30A can be 1000 nm or less.
- the dielectric base material 62 of the second embodiment can have the same material and composition as the dielectric base material of the first embodiment.
- the dielectric base material 62 may be configured by providing a base layer on the carrier 11, or may be composed of only the carrier 11. Both the front surface 62a and the back surface 62b are flat or rough surfaces.
- an adhesive layer may be provided between the back surface 62b and the flat plate inductor 50.
- the adhesive layer and the flat plate inductor 50 can be formed of the same material and the same manufacturing method as in the first embodiment.
- a plurality of metal plates 30A are arranged on the front surface 62a side.
- the metal plate 30A can be formed by etching after being formed by a deposition method.
- This deposition method can be a physical deposition method or a chemical deposition method.
- the physical deposition method is suitable for forming metal plates.
- the physical deposition method can be a vacuum deposition method or a sputtering method.
- the vacuum vapor deposition method is preferable because of its high productivity.
- a metal plate can be obtained by printing a mask layer in the shape of a metal plate in a pattern and then removing an excess thin film conductive layer by etching.
- the etching solution used for etching can be a sodium hydroxide solution.
- the concentration of the sodium hydroxide solution can be 0.001 mol / L or more and 1 mol / L or less.
- the metal of the metal plate 30A can be the same metal as in the first embodiment.
- the metal plates are arranged discretely.
- the decay center frequency can be expressed as a power function of the width of the metal plate.
- the plurality of metal plates 30A may have the same shape and size and may be arranged at regular intervals. In other words, two or more metal plates 30A having the same shape and the same size may be arranged at regular intervals. That is, the front surface 62a is not entirely covered with the metal layer, and the dielectric base material 62 is exposed at the portion where the metal plate 30A is not arranged.
- a plurality of metal plates 30A having the same shape and size as each metal plate 30A of the plurality of metal plates 30A having different shapes, sizes, or both may be arranged.
- a plurality of metal plates having different shapes, sizes, or both may be arranged, and a plurality of metal plates having the same shape and size may be arranged.
- the metal plates can be arranged at regular intervals and in a fixed orientation. Further, the intervals may be different and the orientations may be different. Further, the intervals may be different and the orientations may be the same. Further, some intervals may be constant and some directions may be the same. Further, a plurality of metal plates having different shapes, sizes, or both may be used as a metal plate set.
- the arrangement intervals of the metal plates constituting the metal plate set may be constant or all different in whole or in part.
- the orientations of the metal plates that make up the metal plate set can be all or partly constant or all different.
- a metal plate set with multiple metal plates that differ in shape, size, or both has a different spectrum of decaying frequencies for each metal plate, which can attenuate multiple frequency bands or widen the decaying frequency. can do. Further, if the arrangement interval of the metal plates is different, the spectrum of the decaying frequency can be different.
- Different orientations of the metal plate set can have different attenuation polarization dependencies.
- the plurality of metal plates constituting the metal plate set have different attenuation frequencies, and the difference in frequencies may be regular.
- a plurality of metal plate sets may be arranged.
- a plurality of metal plate sets composed of the same shape, size, arrangement, and metal plates as the shape, size, and arrangement of the metal plates constituting a certain metal plate set may be arranged.
- By including a plurality of different metal plates in the thin film conductive layer it is possible to widen the bandwidth, attenuate electromagnetic waves of a plurality of frequencies, or both.
- the metal plate may be divided into a plurality of metal segments.
- the metal plate may consist of multiple metal segments.
- the plurality of metal segments in the metal plate may be conducting.
- the plurality of metal segments may be conducted by wiring.
- the wiring may have impedance. This impedance may be matched to the metal segment.
- Multiple metal segments within the wiring and metal plate may function as one.
- the plurality of metal segments may have different properties than when they exist alone. Specifically, the frequency of resonance and the case where the attenuation property exists alone and the case where the inside of the metal plate may be different may be different.
- the cross-sectional shape of the metal plate can be a planar shape, a polyhedral shape, or a curved surface shape.
- the distance between the bottom and the top that is, the height can be 50 ⁇ m or less.
- the ratio between the height and the distance between the opposite sides of the metal plate can be 1: 100 or more and 1:10 or less.
- the attenuation property of the electromagnetic wave attenuation film of the second embodiment can be set by changing the width W1 of the metal plate as in the first embodiment, and the electromagnetic wave of linear polarization in the band of 15 GHz or more and 150 GHz or less. It is also easy to set to capture. Further, since the carrier 11 of the plastic film can be used as the dielectric base material 62 as it is, the electromagnetic wave attenuation film of the second embodiment can be manufactured more easily than the electromagnetic wave attenuation film of the first embodiment. A carrier having a rough surface on a part or the entire surface of the front surface 62a and the back surface 62b can be used as the dielectric base material 62. The admittance of the metal plate 30A can be adjusted by making a part or the entire surface of the front surface 62a a rough surface.
- Patent Document 5 it was considered that a sufficient alternating current is generated in the resonance layer by making the resonating conductor thicker than the skin depth, and the electromagnetic wave is attenuated by the power loss of the alternating current.
- the inventors have found that when the thickness of the metal plate 30A is equal to or less than the skin depth, the attenuation of electromagnetic waves rather increases.
- FIG. 9 shows a simulation result of electromagnetic wave attenuation due to a change in the thickness of the metal plate 30A.
- the material of the metal plate is aluminum.
- the incident wave was linearly polarized as a sine wave, and was vertically incident on the electromagnetic wave attenuation film.
- the flat plate inductor was used as a perfect conductor.
- the electromagnetic wave attenuation as an electromagnetic wave attenuation film uses a monostatic RCS as an index based on the case of only a flat plate inductor.
- the vertical axis indicating the attenuation of electromagnetic waves is expressed in decibels.
- the monostatic RCS Rad Cross-Section
- the monostatic radar performs transmission and reception at the same point.
- the metal plate 30A includes a conductive layer and a clad, stable film formation is possible if the thickness of the metal plate 30A including the conductive layer and the clad is 1000 nm or less.
- the phenomenon shown in FIG. 9 has an interesting relationship with the depth of the epidermis.
- the skin depth of aluminum at a frequency of 41 GHz is about 400 nm. That is, when the thickness of the metal plate is equal to or less than the skin depth of the material, the attenuation of electromagnetic waves increases. Further, when the skin depth is less than 1 / e2, the attenuation of the electromagnetic wave is reduced. This is because when the conductive layer is thicker than the skin depth, sufficient resistance cannot be obtained and the voltage drop required for power loss cannot be obtained, and the current is concentrated only near the center of the metal plate, causing a potential difference. It is possible that the current in the region will decrease.
- the power loss is given as the product of current and voltage. That is, if the following LN function equation 2 expressed by using the natural logarithm of the thickness T of the metal plate normalized by the skin depth d is satisfied, sufficient electromagnetic wave attenuation can be obtained. I can say. -2 ⁇ ln (T / d) ⁇ 0 ... (2) Further, when a metal having low admittance is used for the metal plate, electromagnetic wave attenuation can be obtained even in the range of the following equation 3.
- the electromagnetic wave can be attenuated even in the range of the following formula 3.
- the ratio of the area of the metal plate to the front surface of the dielectric base material can be 50% or more and 90% or less.
- electromagnetic wave attenuation can be obtained within the range of Equation 4 below.
- the skin depth can be calculated by using the attenuation center frequency f. That is, when the attenuation center frequency f is used, the skin depth d is calculated by the following equation 5 as is well known.
- the simulation results show that the attenuation increased when the thickness of the metal plate was thinner than the depth of the epidermis. This is because the current generated by the magnetic flux of the dielectric substrate of the metal plate reaches the opposite surface side of the dielectric substrate, and the current cancels the reflected wave by the dielectric inductor. It is thought that this is because electromagnetic waves that are out of phase with ⁇ are emitted.
- the current of the metal plate is regulated, and as a result, a magnetic field is generated not only near the center of the metal plate but also over the entire metal plate and is induced by the generated magnetic field.
- the reflected wave is further attenuated because the current is also generated over the entire metal plate and the emission of the electromagnetic wave that cancels the reflected wave by the dielectric inductor increases.
- the electric field of the dielectric substrate between the metal plate and the dielectric inductor attracts the metal plate and the dielectric inductor.
- the force attracting to the metal plate also fluctuates periodically. Therefore, the electric field of the dielectric substrate between the metal plate and the dielectric inductor causes the metal plate to vibrate. The energy of this vibration is converted into heat and lost. Therefore, it is considered that the dynamics of the electromagnetic field acting on the metal plate also contribute to the attenuation of the electromagnetic wave.
- the interpretation of the phenomenon in the embodiment of the present invention can be interpreted as classical mechanics or quantum mechanics in addition to the interpretation as classical electromagnetics. Therefore, in interpreting Equation 4, the range is rationally defined, but it is not a range calculated strictly in consideration of all physical phenomena. Therefore, when determining whether the target product falls within the range of the above formula, it can be said that it is appropriate to consider and interpret the physical phenomenon that is occurring.
- Example according to the first embodiment we prepared a master plate for nickel electroforming.
- a resist pattern was formed on the surface of a silicon wafer by photolithography.
- the photoresist used was a positive type, and the film thickness of the photoresist was 10 ⁇ m.
- the formed resist pattern is a pattern in which square openings are arranged in a square region having a side of 14 cm in the XY coordinate system so that both the X coordinate and the Y coordinate are arranged in a square lattice with a fixed period, and the i-line is exposed.
- the area is the inner area of the square.
- nickel electroforming was performed using this master plate to obtain a nickel mold having a pattern in which convex portions of squares in a plan view were regularly arranged on the surface.
- an ultraviolet curable resin was dropped on the pattern surface of the nickel mold, and the easily adhesive surface of the PET film having been subjected to the easy adhesive treatment on one side was placed on the ultraviolet curable resin.
- the ultraviolet curable resin was uniformly spread on the pattern surface using a roller, and the ultraviolet curable resin was cured by irradiating the transparent PET film with ultraviolet rays.
- the PET film was released from the nickel mold to obtain a dielectric portion composed of an uneven layer made of an ultraviolet curable resin and a PET film.
- An Al film having a thickness of 500 nm was formed on both sides of the dielectric substrate by a vacuum vapor deposition method to form a thin film conductive layer and a flat plate inductor.
- the above is the manufacturing procedure of the embodiment according to the first embodiment. In this procedure, a plurality of nickel molds in which each parameter of the surface of the uneven layer was changed were produced, and the electromagnetic wave attenuation films of Examples 1 to 3 were produced.
- the electromagnetic wave attenuation film according to each embodiment had a thickness of about 60 ⁇ m and a weight of about 0.02 g, and was thin and lightweight.
- the top coat layer 200 manufactured by the following procedure was provided to prepare an electromagnetic wave attenuation film.
- a hydroxyphenyltriazine-based ultraviolet rays are mainly composed of an acrylic resin composition composed of a mixture of 80 parts by mass of a methyl methacrylate monomer and 20 parts by mass of a cyclohexyl methacrylate, and the solid content of the acrylic resin composition is 100 parts by mass.
- a main agent solution having a solid content of 33 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment and a hexamethylene diisocyanate type curing agent solution having a solid content of 75 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment were used as the main agent.
- the coating solution which was added to adjust the solid content to 20 parts by mass, was applied so as to have a thickness of 6 ⁇ m after the solvent was volatilized to obtain a top coat layer 200.
- the prepared electromagnetic wave attenuation film had a thickness of about 70 ⁇ m and a weight of about 0.02 g, and was thin and lightweight.
- an aluminum flat plate inductor having a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and a simulation was performed. Simulations were performed on the relationship between electromagnetic wave attenuation and ln (T1 / d) for each metal type at frequencies of 27 GHz, 28 GHz, 31 GHz, and 34 GHz.
- FIG. 10 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 27 GHz of Example 1A.
- FIG. 11 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 28 GHz of Example 1A.
- FIG. 12 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 31 GHz of Example 1A.
- FIG. 13 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 34 GHz of Example 1A.
- (a) shows the values of admittance and skin depth
- (b) shows the composition of the electromagnetic wave attenuation film
- (c) to (e) show the attenuation characteristics of silver, copper, and aluminum, respectively. The graph is shown.
- the natural logarithm of the value obtained by normalizing the thickness T1 of the metal plate with the skin depth d is taken on the horizontal axis, and the reflection amount of the metal plate having the same area as the dielectric substrate is 100 (reference).
- the vertical axis is the amount of attenuation in the patterned metal plate, and the correlation between the two is shown in the figure.
- the absorption amount of the electromagnetic wave attenuation film is 10 dB or more as a guideline for indicating a good attenuation amount, as is clear from Table 1 and FIGS. 10 to 13, in the band of frequency 27 GHz to 34 GHz, -1.0 ⁇ ln (T1). / D) It was shown that a good attenuation amount can be obtained by satisfying ⁇ 0.0. It should be noted that a good attenuation characteristic of about 10 dB is not limited to the numerical value of the parameter used in Example 1A, and it can be naturally expected that it can be realized in a configuration having a certain width.
- the width W1 of the metal plate is 2.4 mm to 3 mm
- the distance W3 between adjacent metal plates is 1.2 mm to 1.5 mm
- the thickness H1 of the dielectric substrate is 5 ⁇ m to 300 ⁇ m
- the thickness of the flat plate inductor is T2. Good attenuation characteristics of about 10 dB can be expected even for a configuration of 0.5 ⁇ m to 5 mm.
- Example 1B Similar to Example 1A, as the dielectric base material, the total area of the PET film having a thickness (H1) of 50 ⁇ m and the metal plate which is the thin film conductive layer on one surface thereof becomes the total area of the XY plane of the dielectric base material. The occupancy ratio was changed and set. Further, an aluminum flat plate inductor having a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and a simulation was performed. For the metal plate, aluminum was used as the metal type, the width W1 was set to 2.9 mm, the thickness T1 was set to 297.6 nm, and the ratio of the metal area was changed by adjusting the distance W3 between the metal plates.
- FIG. 14 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics according to the ratio of the metal area at 28 GHz of Example 1B.
- (A) shows the structure of the electromagnetic wave attenuation film, and (b) shows the attenuation characteristic.
- the absorption amount of the electromagnetic wave attenuation film is 10 dB or more as a guideline for indicating a good attenuation amount
- a good attenuation amount can be obtained when the ratio of the metal area is 20% or more in Example 1B from Table 3 and FIG. Was shown.
- Example 1C Similar to Example 1A, a PET film having a thickness (H1) of 50 ⁇ m and a metal plate as a thin film conductive layer are arranged on one surface of the dielectric substrate in the same pattern arrangement as in FIG. The shape was changed to a shape other than a square shape, and an aluminum flat plate inductor with a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and the electromagnetic wave attenuation characteristics were simulated. Aluminum was used as the metal type for the metal plate, and the thickness T1 was set to 297.6 nm.
- FIG. 15 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a circular shape in Example 1C.
- A is the shape of the metal plate, and R1 is the radius of the circular shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the circular shape.
- C represents the dimensions of R1 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 28.8 GHz.
- FIG. 16 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which the metal plate has a rectangular shape in Example 1C.
- A is the shape of a metal plate
- W7 represents the length of the long side of the rectangle
- W8 represents the length of the short side.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the rectangle.
- C) represents the dimensions of W7, W8 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 28.8 GHz.
- FIG. 17 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a hexagonal shape in Example 1C.
- A is the shape of a metal plate, and W9 is the length of one side of the hexagonal shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the hexagonal shape.
- C represents the dimensions of W9 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 31 GHz.
- FIG. 18 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which the metal plate has a convex shape in Example 1C.
- (A) represents the shape of the metal plate.
- W10 is the length of the upper side of the convex inner protrusion
- W11 is the length of the lower side of the convex lower part
- W15 is the length of the upper side side
- W16 is the length of the lower side side.
- the convex shape is symmetrical with respect to the straight line connecting the midpoint between the upper side of the upper part and the lower side of the lower part.
- the center of the rectangular shape that is in contact with the lower side of the lower portion, the left and right side sides of the lower portion, and the upper side of the upper portion and surrounds the convex shape is defined as the center of the main convex shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the convex shape.
- C represents the dimensions of W10, W11, W15, W16 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 30.6 GHz.
- FIG. 19 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which the metal plate has a triangular shape in Example 1C.
- A is the shape of a metal plate, and W12 is the length of one side of a regular triangle.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the triangular centers.
- C represents the dimensions of W12 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 30.2 GHz.
- FIG. 20 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which the metal plate has a cross shape in Example 1C.
- A represents the shape of the metal plate.
- the cross shape is symmetrical up, down, left and right, and is also symmetrical with respect to a rotation of 90 degrees.
- W13 represents the length of the sides facing each other on the top, bottom, left, and right of the outside of the cross
- W14 represents the length of one side of the square that touches the sides facing each other on the top, bottom, left, and right of the outside and surrounds the cross shape.
- the center of the square is the center of the cross shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG.
- W4 represents the distance between the centers of the cross shape.
- C represents the dimensions of W13, W14 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 32 GHz.
- Example 1D As a dielectric base material, a square PET film having a thickness of 50 ⁇ m and a side of 14 cm was prepared. A thin film conductive layer of aluminum having a thickness of 100 nm was formed on the entire surface of one surface of the dielectric substrate by a vacuum vapor deposition method. Then, using a mask, the thin film conductive layer was etched so that a metal plate was formed while the X and Y coordinates were constant. An aluminum flat plate inductor was bonded to the other surface using an adhesive layer. In addition, a simulation was performed with this configuration. The above is the manufacturing procedure of Example 1D according to the second embodiment. The parameters of Example 1D are as follows.
- Metal plate width W1 The range of 2.236 mm to 3.481 mm is divided into 16 equal parts every 0.083 mm. They were arranged in a matrix to form a metal plate set. Multiple metal plate sets were arranged in the same orientation at intervals of 0.1 mm. Also, each metal plate set was the same. That is, the metal plates constituting each metal plate set are not different between the metal plate sets.
- Metal plate thickness T1 297.6 nm
- Plate inductor thickness T2 Approximately 2 mm Dielectric substrate thickness H1: 50 ⁇ m
- a simulation was performed using this configuration.
- the electromagnetic wave attenuation films according to each embodiment which did not include the flat plate inductor, had a thickness of about 60 ⁇ m and a weight of about 0.02 g, and were thin and lightweight. Therefore, it is easy to attach it to a part or the like in which the influence of radiation noise due to electromagnetic waves is to be suppressed in a housing such as a mobile phone or an in-vehicle radar.
- a housing such as a mobile phone or an in-vehicle radar.
- all of Examples 1A to D showed good attenuation with respect to electromagnetic waves in the millimeter wave band. The result of the simulation of Example 1D is shown in FIG.
- Example 1A (A modified example in which a top coat layer is provided in Example 1A according to the second embodiment)
- an electromagnetic wave attenuation film was prepared by providing a top coat layer 200 manufactured by the following procedure on a metal plate having a thickness T1 of 298 nm using aluminum.
- a hydroxyphenyltriazine-based ultraviolet rays are mainly composed of an acrylic resin composition composed of a mixture of 80 parts by mass of a methyl methacrylate monomer and 20 parts by mass of a cyclohexyl methacrylate, and the solid content of the acrylic resin composition is 100 parts by mass.
- a main agent solution having a solid content of 33 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment and a hexamethylene diisocyanate type curing agent solution having a solid content of 75 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment were used as the main agent.
- the coating solution which was added to adjust the solid content to 20 parts by mass, was applied so as to have a thickness of 6 ⁇ m after the solvent was volatilized, to obtain a top coat layer 200.
- the film thickness of the top coat layer was 6 ⁇ m.
- Example 1 An electromagnetic wave attenuation film was prepared according to Example 1A without providing the top coat layer. Further, the electromagnetic wave attenuation film obtained in the above-mentioned modified examples and Comparative Example 1 is pressure-bonded to a stainless steel plate via an adhesive, exposed to outdoor exposure for 10 years with a sunshine weather meter, and then the surface of the electromagnetic wave attenuation film is covered with a cotton cloth. The top coat layer, the residual state of the electromagnetic wave attenuation layer, and the change in the monostatic RCS attenuation characteristics were investigated. As a result, it can be confirmed as shown in FIG. 22 that in the configuration of the modified example, neither the top coat layer nor the electromagnetic wave attenuation layer is deteriorated, and the impedance is matched and the monostatic RCS attenuation characteristic is improved by forming the top coat layer. rice field.
- an aluminum flat plate inductor having a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and a simulation was performed. Simulations were performed on the relationship between electromagnetic wave attenuation and ln (T1 / d) for each metal type for frequencies of 35 GHz, 39 GHz, 41 GHz, 45 GHz, and 50 GHz.
- FIG. 23 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 35 GHz of Example 2A.
- FIG. 24 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 39 GHz of Example 2A.
- FIG. 25 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 41 GHz of Example 2A.
- FIG. 26 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics of Example 2A at 45 GHz.
- FIG. 27 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 50 GHz of Example 2A.
- FIGS. 23 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 35 GHz of Example 2A.
- FIG. 24 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 39 GHz of Example 2A.
- FIG. 25 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 41 GHz of Example 2A.
- FIG. 26 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics of Example 2A at 45 GHz.
- FIG. 27 is a graph showing the electromagnetic
- the absorption amount of the electromagnetic wave attenuation film is 10 dB or more as a guideline for indicating a good attenuation amount, as is clear from Table 4 and FIGS. 23 to 27, in the band of frequency 35 GHz to 50 GHz, -2.0 ⁇ ln (T1). / D) It was shown that a good attenuation amount can be obtained by satisfying ⁇ -0.5. It should be noted that a good attenuation characteristic of about 10 dB is not limited to the numerical value of the parameter used in Example 2A, and it can be naturally expected that it can be realized in a configuration having a certain width.
- the width W1 of the metal plate is 1.7 mm to 2.3 mm
- the distance W3 between adjacent metal plates is 0.9 mm to 1.2 mm
- the thickness H1 of the dielectric substrate is 5 ⁇ m to 300 ⁇ m
- the thickness of the flat plate inductor Good attenuation characteristics of about 10 dB can be expected even for a configuration of T2 of 0.5 ⁇ m to 5 mm.
- Example 2B Similar to Example 2A, as the dielectric base material, the total area of the PET film having a thickness (H1) of 50 ⁇ m and the metal plate which is the thin film conductive layer on one surface thereof becomes the total area of the XY plane of the dielectric base material. The occupancy ratio was changed and set. Further, an aluminum flat plate inductor having a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and a simulation was performed. For the metal plate, aluminum was used as the metal type, the width W1 was set to 2.0 mm, the thickness T1 was set to 149.2 nm, and the ratio of the metal area was changed by adjusting the distance W3 between the metal plates.
- FIG. 28 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics according to the ratio of the metal area at 39 GHz of Example 2B.
- (A) shows the structure of the electromagnetic wave attenuation film, and (b) shows the attenuation characteristic.
- the absorption amount of the electromagnetic wave attenuation film is 10 dB or more as a guideline for indicating a good attenuation amount
- a good attenuation amount can be obtained from Table 6 and FIG. 28 when the ratio of the metal area is 20% or more in Example 2B. Was shown.
- Example 2C Similar to Example 2A, a PET film having a thickness (H1) of 50 ⁇ m and a metal plate as a thin film conductive layer are arranged on one surface of the dielectric substrate in the same pattern arrangement as in FIG. The shape was changed to a shape other than a square shape, and an aluminum flat plate inductor with a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and the electromagnetic wave attenuation characteristics were simulated. Aluminum was used as the metal type for the metal plate, and the thickness T1 was set to 149 nm.
- FIG. 29 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a circular shape in Example 2C.
- A is the shape of the metal plate, and R1 is the radius of the circular shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the circular shape.
- C represents the dimensions of R1 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 43 GHz.
- FIG. 30 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which the metal plate has a rectangular shape in Example 2C.
- A is the shape of a metal plate
- W7 represents the length of the long side of the rectangle
- W8 represents the length of the short side.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment
- W4 represents the distance between the centers of the rectangle.
- C represents the dimensions of W7, W8 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 39.4 GHz.
- FIG. 31 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a hexagonal shape in Example 2C.
- A is the shape of a metal plate, and W9 is the length of one side of the hexagonal shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the hexagonal shape.
- C represents the dimensions of W9 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 36 GHz.
- FIG. 32 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a convex shape in Example 2C.
- (A) represents the shape of the metal plate.
- W10 is the length of the upper side of the convex inner protrusion
- W11 is the length of the lower side of the convex lower part
- W15 is the length of the upper side side
- W16 is the length of the lower side side.
- the convex shape is symmetrical with respect to the straight line connecting the midpoint between the upper side of the upper part and the lower side of the lower part.
- the center of the rectangular shape that is in contact with the lower side of the lower portion, the left and right side sides of the lower portion, and the upper side of the upper portion and surrounds the convex shape is defined as the center of the main convex shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the convex shape.
- C represents the dimensions of W10, W11, W15, W16 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 35 GHz.
- FIG. 33 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a triangular shape in Example 2C.
- A is the shape of a metal plate, and W12 is the length of one side of a regular triangle.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the triangular centers.
- C represents the dimensions of W12 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 44.8 GHz.
- FIG. 34 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a cross shape in Example 2C.
- A represents the shape of the metal plate.
- the cross shape is symmetrical up, down, left and right, and is also symmetrical with respect to a rotation of 90 degrees.
- W13 represents the length of the sides facing each other on the top, bottom, left, and right of the outside of the cross, and W14 represents the length of one side of the square that touches the sides facing each other on the top, bottom, left, and right of the outside and surrounds the cross shape.
- the center of the square is the center of the cross shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG.
- W4 represents the distance between the centers of the cross shape.
- C represents the dimensions of W13, W14 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 35.8 GHz.
- FIG. 35A is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a loop shape in Example 2C.
- A represents the shape of the metal plate.
- W5 represents the length of one side of the outer square, and W6 represents the length of one side of the inner square. The centers of the outer and inner squares are aligned and are the centers of the loop shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the loop shape.
- C represents the dimensions of W5, W6 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis.
- FIG. 35B is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics of a modified example in which two layers of electromagnetic wave attenuation films having a loop-shaped metal plate are laminated in Example 2C.
- (A) shows the structure of the electromagnetic wave attenuation film which concerns on this modification. Two layers of the dielectric substrate and the metal plate used in FIG. 35A were stacked, and a flat plate inductor was provided on the lower dielectric substrate.
- H1 represents the thickness of the dielectric base material of the upper layer
- H2 represents the thickness of the dielectric base material of the lower layer
- B represents the dimensions of H1 and H2.
- C shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics appeared near 44.4 GHz.
- Example 2D As a dielectric base material, a square PET film having a thickness of 50 ⁇ m and a side of 14 cm was prepared. A thin film conductive layer of aluminum having a thickness of 100 nm was formed on the entire surface of one surface of the dielectric substrate by a vacuum vapor deposition method. Then, using a mask, the thin film conductive layer was etched so that a metal plate was formed while the X and Y coordinates were constant. An aluminum flat plate inductor was bonded to the other surface using an adhesive layer. In addition, a simulation was performed with this configuration. The above is the manufacturing procedure of Example 2D according to the second embodiment. The parameters of Example 2D are as follows.
- Metal plate width W1 The range of 1.519 mm to 2.764 mm is divided into 16 equal parts every 0.083 mm, and 16 types of metal plates with the same width are divided into 16 equal parts at the same 0.1 mm interval and in the same direction. They were arranged in a matrix to form a metal plate set. Multiple metal plate sets were arranged in the same orientation at intervals of 0.1 mm. Also, each metal plate set was the same. That is, the metal plates constituting each metal plate set are not different between the metal plate sets.
- the electromagnetic wave attenuation films according to each embodiment which did not include the flat plate inductor, had a thickness of about 60 ⁇ m and a weight of about 0.02 g, and were thin and lightweight. Therefore, it is easy to attach it to a part or the like in which the influence of radiation noise due to electromagnetic waves is to be suppressed in a housing such as a mobile phone or an in-vehicle radar.
- a housing such as a mobile phone or an in-vehicle radar.
- all of Examples 2A to D showed good attenuation with respect to electromagnetic waves in the millimeter wave band. The result of the simulation of Example 2D is shown in FIG.
- Example 2A (A modified example in which a top coat layer is provided in Example 2A according to the second embodiment)
- an electromagnetic wave attenuation film was prepared by providing a top coat layer 200 manufactured by the following procedure on a metal plate having a thickness T1 of 153 nm using aluminum.
- the main component is an acrylic resin composition composed of a mixture of 80 parts by mass of methyl methacrylate monomer and 20 parts by mass of cyclohexyl methacrylate, and the solid content of the acrylic resin composition is 100 parts by mass.
- a main agent solution having a solid content of 33 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment and a hexamethylene diisocyanate type curing agent solution having a solid content of 75 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment were used as the main agent.
- the coating liquid added to adjust the solid content to 20 parts by mass was applied so as to have a thickness of 6 ⁇ m after volatilization of the solvent, and a top coat layer 200 was obtained.
- the film thickness of the top coat layer was 6 ⁇ m.
- Example 1 An electromagnetic wave attenuation film was prepared according to Example 2A without providing the top coat layer. Further, the electromagnetic wave attenuation film obtained in the above-mentioned modified examples and Comparative Example 1 is pressure-bonded to a stainless steel plate via an adhesive, exposed to outdoor exposure for 10 years with a sunshine weather meter, and then the surface of the electromagnetic wave attenuation film is covered with a cotton cloth. The top coat layer, the residual state of the electromagnetic wave attenuation layer, and the change in the monostatic RCS attenuation characteristics were investigated. As a result, it can be confirmed as shown in FIG. 37 that in the configuration of the modified example, neither the top coat layer nor the electromagnetic wave attenuation layer is deteriorated, and the impedance is matched and the monostatic RCS attenuation characteristic is improved by forming the top coat layer. rice field.
- an aluminum flat plate inductor having a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and a simulation was performed. Simulations were performed on the relationship between electromagnetic wave attenuation and ln (T1 / d) for each metal type at frequencies of 57 GHz, 66 GHz, 71 GHz, 81 GHz, 86 GHz, and 90 GHz.
- FIG. 38 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 57 GHz of Example 3A.
- FIG. 39 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 66 GHz of Example 3A.
- FIG. 40 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 71 GHz of Example 3A.
- FIG. 41 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 81 GHz of Example 3A.
- FIG. 42 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 86 GHz of Example 3A.
- FIG. 43 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 90 GHz of Example 3A.
- FIGS. 38 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 57 GHz of Example 3A.
- FIG. 39 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 66 GHz of Example 3A.
- FIG. 40 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics at 71 GHz of Example 3A.
- the absorption amount of the electromagnetic wave attenuation film is 10 dB or more as a guideline for indicating a good attenuation amount, as is clear from Table 7 and FIGS. 38 to 43, in the band of frequency 57 GHz to 90 GHz, -2.5 ⁇ ln (T1). / D) It was shown that a good attenuation amount can be obtained by satisfying ⁇ -1.0. It should be noted that a good attenuation characteristic of about 10 dB is not limited to the numerical value of the parameter used in Example 3A, and it can be naturally expected that it can be realized in a configuration having a certain width.
- the width W1 of the metal plate is 0.9 mm to 1.4 mm
- the distance W3 between adjacent metal plates is 0.5 mm to 0.7 mm
- the thickness H1 of the dielectric substrate is 5 ⁇ m to 300 ⁇ m
- the flat plate inductor is used. If the thickness is T2, good damping characteristics of about 10 dB can be expected even for a configuration of 0.5 ⁇ m to 5 mm.
- Example 3B Similar to Example 3A, as the dielectric base material, the total area of the PET film having a thickness (H1) of 50 ⁇ m and the metal plate which is the thin film conductive layer on one surface thereof becomes the total area of the XY plane of the dielectric base material. The occupancy ratio was changed and set. Further, an aluminum flat plate inductor having a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and a simulation was performed. As the metal plate, aluminum was used as the metal type, the width W1 was set to 1.0 mm, the thickness T1 was set to 80 nm, and the ratio of the metal area was changed by adjusting the distance W3 between the metal plates. The results of the simulation are described in Table 9 and FIG.
- FIG. 44 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristics according to the ratio of the metal area at 81 GHz of Example 3B.
- (A) shows the structure of the electromagnetic wave attenuation film, and (b) shows the attenuation characteristic. Assuming that the absorption amount of the electromagnetic wave attenuation film is 10 dB or more as a guideline for indicating a good attenuation amount, a good attenuation amount can be obtained in Example 3B when the ratio of the metal area is around 10 to 40% from Table 9 and FIG. 44. Was shown.
- Example 3C Similar to Example 3A, a PET film having a thickness (H1) of 50 ⁇ m and a metal plate as a thin film conductive layer are arranged on one surface of the dielectric substrate in the same pattern arrangement as in FIG. The shape was changed to a shape other than a square shape, and an aluminum flat plate inductor with a thickness (T2) of about 2 mm was set on the other surface of the dielectric base material, and the electromagnetic wave attenuation characteristics were simulated. Aluminum was used as the metal type for the metal plate, and the thickness T1 was set to 80 nm.
- FIG. 45 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which the metal plate has a rectangular shape in Example 3C.
- A is the shape of a metal plate
- W7 represents the length of the long side of the rectangle
- W8 represents the length of the short side.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment
- W4 represents the distance between the centers of the rectangle.
- C represents the dimensions of W7, W8 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 82.8 GHz.
- FIG. 46 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a hexagonal shape in Example 3C.
- A is the shape of a metal plate, and W9 is the length of one side of the hexagonal shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the hexagonal shape.
- C represents the dimensions of W9 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 71.2 GHz.
- FIG. 47 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a convex shape in Example 3C.
- (A) represents the shape of the metal plate.
- W10 is the length of the upper side of the convex inner protrusion
- W11 is the length of the lower side of the convex lower part
- W15 is the length of the upper side side
- W16 is the length of the lower side side.
- the convex shape is symmetrical with respect to the straight line connecting the midpoint between the upper side of the upper part and the lower side of the lower part.
- the center of the rectangular shape that is in contact with the lower side of the lower portion, the left and right side sides of the lower portion, and the upper side of the upper portion and surrounds the convex shape is defined as the center of the main convex shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the centers of the convex shape.
- C represents the dimensions of W10, W11, W15, W16 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 87 GHz.
- FIG. 48 is a graph showing electromagnetic wave attenuation characteristics in which the metal plate has a triangular shape in Example 3C.
- A is the shape of a metal plate, and W12 is the length of one side of a regular triangle.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG. 6 in this embodiment, and W4 represents the distance between the triangular centers.
- C represents the dimensions of W12 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 80.8 GHz.
- FIG. 49 is a graph showing the electromagnetic wave attenuation characteristic of the metal plate having a cross shape in Example 3C.
- A represents the shape of the metal plate.
- the cross shape is symmetrical up, down, left and right, and is also symmetrical with respect to a rotation of 90 degrees.
- W13 represents the length of the sides facing each other on the top, bottom, left, and right of the outside of the cross
- W14 represents the length of one side of the square that touches the sides facing each other on the top, bottom, left, and right of the outside and surrounds the cross shape.
- the center of the square is the center of the cross shape.
- B is a partially enlarged view of the vicinity of the arrangement pattern passing through the line II-II of FIG.
- W4 represents the distance between the centers of the cross shape.
- C represents the dimensions of W13, W14 and W4.
- D shows the attenuation characteristic with the frequency as the horizontal axis. From the simulation results, good attenuation characteristics with an absorption amount of 10 dB or more appeared at around 90 GHz.
- Example 3D As a dielectric base material, a square PET film having a thickness of 50 ⁇ m and a side of 14 cm was prepared. A thin film conductive layer of aluminum having a thickness of 100 nm was formed on the entire surface of one surface of the dielectric substrate by a vacuum vapor deposition method. Then, using a mask, the thin film conductive layer was etched so that a metal plate was formed while the X and Y coordinates were constant. An aluminum flat plate inductor was bonded to the other surface using an adhesive layer. In addition, a simulation was performed with this configuration. The above is the manufacturing procedure of Example 3D according to the second embodiment. The parameters of Example 3D are as follows.
- Metal plate width W1 The range of 1.025 mm to 0.9 mm is divided into 16 equal parts every 0.083 mm. 16 types of metal plates with the same width are divided into 16 equal parts at the same 0.1 mm interval and in the same direction. They were arranged in a matrix to form a metal plate set. Multiple metal plate sets were arranged in the same orientation at intervals of 0.1 mm. Also, each metal plate set was the same. That is, the metal plates constituting each metal plate set are not different between the metal plate sets.
- the electromagnetic wave attenuation films according to each embodiment which did not include the flat plate inductor, had a thickness of about 60 ⁇ m and a weight of about 0.02 g, and were thin and lightweight. Therefore, it is easy to attach it to a part or the like in which the influence of radiation noise due to electromagnetic waves is to be suppressed in a housing such as a mobile phone or an in-vehicle radar.
- a housing such as a mobile phone or an in-vehicle radar.
- all of Examples 3A to D showed good attenuation with respect to electromagnetic waves in the millimeter wave band.
- the attenuation rate was obtained in the actual measurement, and the effectiveness of this configuration was confirmed.
- Example 3A aluminum having a metal plate width W1 of 1.0 mm, a distance W3 between adjacent metal plates of 0.5 mm, and a metal plate thickness T1 of 100 nm was used.
- the actual measurement procedure is as follows. Two metal plates of the same size were prepared, and the electromagnetic wave attenuation film of each embodiment was attached to one of them so as to cover the whole. In the anechoic chamber, the metal plate to which the electromagnetic wave attenuation film was attached and the metal plate to which the electromagnetic wave attenuation film was not attached were irradiated with radio waves, and the amount of the reflected radio waves was measured using a network analyzer (Model E5071C manufactured by KEYSIGHT). The monostatic RCS attenuation was evaluated with the reflection amount of the metal plate to which the electromagnetic wave attenuation film was not attached as 100 (reference).
- Example 3A (A modified example in which a top coat layer is provided in Example 3A according to the second embodiment)
- an electromagnetic wave attenuation film was prepared by providing a top coat layer 200 manufactured by the following procedure on a metal plate having a thickness T1 of 80 nm using aluminum.
- a hydroxyphenyltriazine-based ultraviolet rays are mainly composed of an acrylic resin composition composed of a mixture of 80 parts by mass of a methyl methacrylate monomer and 20 parts by mass of a cyclohexyl methacrylate, and the solid content of the acrylic resin composition is 100 parts by mass.
- a main agent solution having a solid content of 33 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment and a hexamethylene diisocyanate type curing agent solution having a solid content of 75 parts by mass to which an ethyl acetate solvent was added for solid content adjustment were used as the main agent.
- the coating solution which was added to adjust the solid content to 20 parts by mass, was applied so as to have a thickness of 6 ⁇ m after the solvent was volatilized, to obtain a top coat layer 200.
- the film thickness of the top coat layer was 6 ⁇ m.
- Example 1 An electromagnetic wave attenuation film was prepared according to Example 3A without providing the top coat layer. Further, the electromagnetic wave attenuation film obtained in the above-mentioned modified examples and Comparative Example 1 is pressure-bonded to a stainless steel plate via an adhesive, exposed to outdoor exposure for 10 years with a sunshine weather meter, and then the surface of the electromagnetic wave attenuation film is covered with a cotton cloth. The top coat layer, the residual state of the electromagnetic wave attenuation layer, and the change in the monostatic RCS attenuation characteristics were investigated. As a result, it can be confirmed as shown in FIG. 52 that in the configuration of the modified example, neither the top coat layer nor the electromagnetic wave attenuation layer is deteriorated, and the impedance is matched and the monostatic RCS attenuation characteristic is improved by forming the top coat layer. rice field.
- the embodiments used in the second embodiment such as the frequency band and the metal type of the metal plate can be appropriately used.
- the metal layer in the second region may be omitted and only the metal plate may be formed.
- the aspect of the flat plate inductor is not limited to that formed on the entire back surface.
- a plurality of metal plates may be arranged as in the front surface, or may be arranged in a grid pattern.
- the shape of the metal plate is not limited to a square, and can be set in various ways such as a circle (including an ellipse), a polygon other than a square, various polygons with rounded corners, and an indefinite shape.
- the total area of the metal plate in the projected area of the front surface is preferably 20% or more. By doing so, the electromagnetic wave can be efficiently attenuated.
- the electromagnetic wave attenuation film according to the present invention can be used by stacking a plurality of sheets. By making the structural parameters of a plurality of laminated sheets different, it is possible to adjust the damping property in more detail.
- the height of the first region and the second region may be reversed.
- the metal plate is in a relatively high position and the support cage is in a relatively low position.
- the electromagnetic wave attenuation film according to the present invention may have a configuration in which a flat plate inductor is not provided on the back surface.
- a flat plate inductor is not provided on the back surface.
- the second and third mechanisms can be exhibited without any problem depending on the metal surface to be joined even if the flat plate inductor is not provided.
- a bonding layer such as an adhesive layer that can be bonded to the object may be provided on the back surface.
- the parameters such as the structural period and the dimensions of the metal plate are completely the same at all parts.
- the parameters change within the range of tolerance in the manufacturing process (generally about 5% above and below), they are also included in the "same shape and same size" in the present invention.
- the "value in a predetermined range” can be a range of regular values. This regularity can be a Gaussian distribution, a binomial distribution, a random or pseudo-random distribution with equal frequency within a given plot, or a range of tolerances in the manufacturing process.
- the support cage may be composed of a plurality of conductive segments arranged with a gap.
- the gap can be 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave to be captured.
- Support cages can be configured with multiple conductive segments. In other words, the support cage may consist of multiple conductive segments.
- the electromagnetic wave attenuation films of the first embodiment and the second embodiment are provided, and further, an adhesive, an adhesive, etc. are provided to form a transfer foil. May be.
- the release layer is applied and dried on the supporting base material, and then the base layer is provided.
- the base layer is provided with irregularities, and the thin film conductive layer is provided by thin film deposition. After that, the thin film conductive layer formed on the side surface of the second region is removed, and a layer serving as a dielectric base material is provided.
- a transfer foil can be obtained by laminating a flat plate inductor and an adhesive in this order on a dielectric base material.
- a thin film conductive layer is provided as a base layer, and a mask layer is printed in a pattern in the shape of a metal plate. After that, the metal plate can be obtained by removing the excess thin film conductive layer by etching.
- a transfer foil can be obtained by laminating a dielectric base material, a flat plate inductor, and an adhesive in this order. When transferring to a metal housing or the like, the layer of the flat plate inductor may be omitted.
- Appendix 1 With a dielectric substrate with front and back surfaces, The thin film conductive layer arranged on the front surface and With the flat plate inductor or laminated layer arranged on the back surface, Equipped with The thin film conductive layer includes a plurality of metal plates and contains a plurality of metal plates. The thickness T of the metal plate is 1000 nm or less. Electromagnetic wave attenuation film.
- the thin film conductive layer With a dielectric substrate with front and back surfaces, The thin film conductive layer arranged on the front surface and With the flat plate inductor or laminated layer arranged on the back surface, Equipped with The thin film conductive layer includes a plurality of metal plates and contains a plurality of metal plates.
- the dielectric layer has irregularities on the front surface including a first region of a relatively low concave portion and a relatively high second region. The first region is discretely arranged and The second region is arranged between the plurality of first regions.
- the metal plate is placed in the first region and When the thickness of the metal plate is T and the skin depth is d, the following formula (2) is satisfied. Electromagnetic wave attenuation film.
- the thin film conductive layer arranged on the front surface and With the flat plate inductor or laminated layer arranged on the back surface, Equipped with The dielectric layer has irregularities on the front surface including a first region of a relatively low concave portion and a relatively high second region.
- the thin film conductive layer includes a plurality of metal plates arranged in the first region and a support cage arranged in the first region. The first region is discretely arranged and The second region is arranged between the plurality of first regions. Electromagnetic wave attenuation film.
- the attenuation of electromagnetic waves is examined, but it is known that the conductor that attenuates a specific electromagnetic wave is an antenna that receives radio waves. Therefore, the above-described embodiment can also be used as a receiving antenna. Further, in the above-described embodiment, since a quantum having zero momentum is captured in a two-dimensional system, it is considered possible to use it as an element for performing data calculation and recording in the quantum state of a metal plate.
- Electromagnetic wave attenuation film 10 62 Dielectric base material 10a, 62a Front surface 10b, 62b Back surface 30 Thin film conductive layer 30A Metal plate 50 Flat plate inductor 200 Top coat layer 121 First region 122 Second region
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Abstract
ミリ波帯域の周波数の電波を減衰することができ、かつ、薄い電磁波減衰フィルムを提供する。本発明は、前面および背面を有する誘電体基材と、前面に配置された薄膜導電層と、背面に配置された平板インダクタまたは貼合層とを備え、薄膜導電層は複数の金属プレートを含み、金属プレートの厚さTを表皮深さdで正規化した値の自然対数の値が、特定の周波数帯域において、所定の数値範囲に入ることを特徴とする電磁波減衰フィルムである。また本発明に係る電磁波減衰フィルムは特定の周波数帯域で用いられ、誘電体基材は前面に相対的に低い凹の部分の第一領域と相対的に高い第二領域とからなる凹凸を有し、薄膜導電層は第一領域に配置された複数の金属プレートを含み、第一領域は離散して配置され、第二領域は複数の前記第一領域間に配置されている構成をとってもよい。薄膜導電層上にトップコート層を設けてもよい。
Description
本発明の実施形態は、入射波を捕捉し、反射波を減衰することが可能な電磁波減衰フィルムに関する。
携帯電話などの移動体通信、無線LAN、料金自動収受システム(ETC)などにおいて、数ギガヘルツ(GHz)の周波数帯域を持つ電波が使われている。
このような電波を吸収する電波吸収シートとして、特許文献1には、ゴム状電波吸収シートと段ボールなどの紙状シート材とを積層した積層体シートが提案されている。
さらに、より高い周波数帯域の電波を吸収できるようにすることを目的として、特許文献2には、偏平状の軟磁性粒子の長手方向をシートの面方向に揃えることで、20GHz以上の周波数帯域の電波を吸収可能な電波吸収シートが提案されている。
さらに、より高い周波数帯域の電波を吸収できるようにすることを目的として、特許文献2には、偏平状の軟磁性粒子の長手方向をシートの面方向に揃えることで、20GHz以上の周波数帯域の電波を吸収可能な電波吸収シートが提案されている。
また、イプシロン酸化鉄(ε-Fe2O3)結晶を磁性相に持つ粒子の充填構造を有する電波吸収体が、25~100GHzの範囲で電波吸収性能を発揮することが知られている(特許文献3参照)。
特許文献4には、プラスチックフィルムと、その少なくとも一面に設けた単層又は多層の金属薄膜とを有し、金属薄膜に多数の実質的に平行で断続的な線状痕が不規則な幅及び間隔で複数方向に形成された電磁波吸収体に好適な線状痕付き金属薄膜-プラスチック複合フィルムが提案されている。
特許文献5には、個々の共振周波数を有する複数のパッチ導体を所定の周期パターンで配列した共振層と、共振層で共振した電波を多重反射させる誘電体層と、誘電体層から入射した電波を該誘電体層側へ反射する反射導体層を備えた電波吸収構造が開示されている。
特許文献5には、個々の共振周波数を有する複数のパッチ導体を所定の周期パターンで配列した共振層と、共振層で共振した電波を多重反射させる誘電体層と、誘電体層から入射した電波を該誘電体層側へ反射する反射導体層を備えた電波吸収構造が開示されている。
そして、上記のような電磁波吸収シートは電子デバイス内の他、建築物の内装などに用いられる。また、その電磁波吸収材料としては特許文献6に記載されているように、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ゴム系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アルキド系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂等のアクリレ-ト共重合体変性樹脂が用いられる。また、特許文献7に記載されているようなポリアミドイミドや合成ゴムなどのゴム系材料等も用いられる。
近年、送受信するデータの大容量化、高速通信化、多地点同時接続化を可能とするために、30GHz以上のミリ波帯域を使用する無線通信の実用化が進み、それを可能にするミリ波対応デバイスの開発が進んでいる。また、極めて狭い指向性を活用する車載レーダー機器の利用が進められている。
デバイスの筐体内における電磁波の乱反射などによる干渉はデバイスの誤作動を引き起こす。したがって、電磁波ノイズを抑制することは電磁波利用技術の一つとして重要である。
電磁波ノイズ抑制の一つの方法として、上述したような電磁波吸収シートの利用が考えられるが、現時点では、20GHzから数十GHz程度の周波数に対応するものがほとんどであり、ミリ波帯に対応していない。
ミリ波帯域の電磁波を吸収する電磁波吸収シートは存在するものの、現在実用化されて
いるものは、吸収性能を維持するため、シートが厚い。したがって、高集積化が進むデバ
イスの筐体内に組み込んで電磁波ノイズを抑制することが困難である。
電磁波ノイズ抑制の一つの方法として、上述したような電磁波吸収シートの利用が考えられるが、現時点では、20GHzから数十GHz程度の周波数に対応するものがほとんどであり、ミリ波帯に対応していない。
ミリ波帯域の電磁波を吸収する電磁波吸収シートは存在するものの、現在実用化されて
いるものは、吸収性能を維持するため、シートが厚い。したがって、高集積化が進むデバ
イスの筐体内に組み込んで電磁波ノイズを抑制することが困難である。
上記事情に鑑み、ミリ波帯域の周波数の電磁波を減衰することができ、かつ、薄い電磁波減衰フィルムを提供することを目的とする。さらには、電子デバイス内、建築物の内装などに設置される電磁波吸収体は、長期間継続的に使用されるものであるため、耐候性、耐熱性等の耐環境性に優れた電磁波減衰フィルムの提供も目的とする。尚、本発明の電磁波減衰フィルムは、電磁場を定常的に局在させることが可能なフィルムと考えられる。つまり、本発明の電磁波減衰フィルムは、電磁場の捕捉が可能なフィルムと考えられる。電磁場の「捕捉」とは、電界及び磁界が定常的に局在される状態とできる。また捕捉された電磁場は、一部が熱に変換されることで吸収され、一部は再放出される。すなわち、捕捉された電磁場のエネルギーは、熱のエネルギーと、再放出される電磁波のエネルギーに変換される。この再放出は、一般に指向性が低いと考えられるため、鏡面反射方向への電磁波は低減され、反射波が減衰すると考えられる。そのため電磁波の反射波は、入射した電磁波が熱に変換することによる吸収や再放出による散乱により、減衰できる。このような従来とは異なるメカニズムにより電磁波を減衰するため、従来不可能とされていた波長に対して1/4以下の薄い構造での減衰を可能としている。さらに本願の実施形態によれば、信じがたいことに、波長の10-2オーダーの厚みで電磁波を減衰可能なフィルムを得られる。
本発明は、前面および背面を有する誘電体基材と、前面に配置された薄膜導電層と、背面に配置された平板インダクタまたは貼合層とを備え、薄膜導電層は離散して配置される複数の金属プレートを含む、ミリ波の特定の周波数帯域で用いられる電磁波減衰フィルムに関する。前記薄膜導電層上にトップコート層を設けてもよい。
本発明に係る電磁波減衰フィルムの一つは、前記金属プレートの厚さTを表皮深さdで正規化した値の自然対数の値が、特定の周波数帯域において、所定の数値範囲に入ることを特徴とする電磁波減衰フィルムである。具体的には、周波数27GHz~34GHz帯域で-1.0 ≦ ln(T/d) ≦ 0.0、周波数35GHz~50GHz帯域で-2.0 ≦ ln(T/d) ≦ -0.5、または周波数57GHz~90GHz帯域で-2.5 ≦ ln(T/d) ≦ -1.0を満たす。
本発明に係る他の電磁波減衰フィルムの一つは、前記誘電体基材は、前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二領域とからなる凹凸を有する。薄膜導電層は、第一領域に配置された複数の金属プレートを含む。第一領域は、離散して配置され、第二領域は、複数の前記第一領域間に配置されている。具体的には、周波数27GHz~34GHz帯域、周波数35GHz~50GHz帯域、または周波数57GHz~90GHz帯域で用いられる。
本発明の実施形態によれば、ミリ波帯域の周波数の電波を減衰することができ、かつ、薄い電磁波減衰フィルムを提供できる。また耐候性に優れた電磁波減衰フィルムを提供することもできる。
電磁波減衰フィルム1は、誘電体基材(誘電体層)10と、誘電体基材10の前面10aに形成された薄膜導電層30と、誘電体基材の背面10bに形成された平板インダクタ50とを備えている。薄膜導電層は、薄い導電体の層である。薄膜導電層は、複数の金属プレートを含む。また、薄膜導電層は、サポートケージ(後述)を含んでもよい。平板インダクタは、導電性を有し、外部の磁束により平板インダクタ内部の表面近傍に電流を生じる。また、その電流に伴い、磁場を平板インダクタ外部の表面近傍に発生させる機能を有する。平板インダクタの形状は、平板(Slab)とできる。誘電体基材は、薄膜導電層と平板インダクタに挟持されている絶縁性の基材である。言い換えると、薄膜導電層と、平板インダクタは、誘電体基材を挟んで誘電体基材の厚さ方向に離間している。尚、前面は、電磁波を入射させる側の面とできる。背面は、誘電体基材の前面と反対側の面である。誘電体基材10は、相対的に前面が低い第一領域121と、第一領域の周囲に相対的に前面が高い第二領域122とを有してもよい。第二領域122上に位置する薄膜導電層を、サポートケージと称する。言い換えると、薄膜導電層は、第二領域122上にサポートケージを含む。
また、電磁波減衰フィルムで減衰される電磁波が単一の極小値となる周波数fを有する場合、この周波数fを、減衰中心周波数fとする。また、電磁波減衰フィルムで減衰される電磁波が複数の極小値を有する場合は、最も減衰の大きい極小値から-3dBとなる複数の周波数の平均値の周波数を減衰中心周波数とする。減衰中心波長は、誘電体基材中の光速を後述の減衰中心周波数fで除したものとできる。
また、電磁波減衰フィルム1は、空気とのインピーダンス整合を図り、シートの耐候性を高めるためのトップコート層200とを備えていてもよい。
また、電磁波減衰フィルムで減衰される電磁波が単一の極小値となる周波数fを有する場合、この周波数fを、減衰中心周波数fとする。また、電磁波減衰フィルムで減衰される電磁波が複数の極小値を有する場合は、最も減衰の大きい極小値から-3dBとなる複数の周波数の平均値の周波数を減衰中心周波数とする。減衰中心波長は、誘電体基材中の光速を後述の減衰中心周波数fで除したものとできる。
また、電磁波減衰フィルム1は、空気とのインピーダンス整合を図り、シートの耐候性を高めるためのトップコート層200とを備えていてもよい。
図1は、本発明の第一実施形態に係る電磁波減衰フィルム1を示す模式平面図である。図2は、図1のI-I線における断面の一部を示す模式図である。
誘電体基材10は、誘電体で形成され、導電性の材料で挟まれることによりコンデンサを形成できる。誘電体基材10は、絶縁性の材料とできる。
誘電体基材10を構成する材料の代表例は合成樹脂である。合成樹脂の種類は、絶縁性とともに十分な強度、可撓性及び加工性を有する限り特に制限されない。この合成樹脂は熱可塑樹脂とできる。合成樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル;ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン等が挙げられる。これらの材料を単体で用いてもよいし、2種類以上混合させても、積層体としてもよい。また、誘電体基材10は、導電性粒子、絶縁性粒子、磁性粒子、または、その混合を含有してもよい。
誘電体基材10を構成する材料の代表例は合成樹脂である。合成樹脂の種類は、絶縁性とともに十分な強度、可撓性及び加工性を有する限り特に制限されない。この合成樹脂は熱可塑樹脂とできる。合成樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル;ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン等が挙げられる。これらの材料を単体で用いてもよいし、2種類以上混合させても、積層体としてもよい。また、誘電体基材10は、導電性粒子、絶縁性粒子、磁性粒子、または、その混合を含有してもよい。
本発明の実施形態において、誘電体基材の厚みは、電磁波の波長に対して十分薄くできる。誘電体基材が電磁波の波長に対して十分薄い場合、誘電体基材内に進行波が生じないことが知られている。「十分薄い」とは、波長の1/2未満とできる。波長の1/2未満では、進行波は導波しない。これは、電磁波のカットオフと言われる現象である。さらには、波長の1/10以下とできる。一般に電磁波の伝搬距離の差が波長の1/10以下の場合、実質的な位相差が生じない。つまり、金属プレートと平板インダクタとの距離が誘電体基材での波長の1/10以下である場合、金属プレートの再放出する電磁波と平板インダクタとの反射波は、その距離により実質的な位相差を生じない。導電体に挟持された十分に薄い誘電体基材内には、電磁波は導波しないと考えられており、通常、電磁波は、そのような薄さになると遮断(カットオフ)され、そのような誘電体基材に電界や磁界は局在しない。尚、本発明の実施形態でのこの波長は、減衰中心波長とできる。さらに、予想外に、誘電体基材が波長の1/100以下の場合でさえ、減衰が得られている。このような厚みは、最高精度の鏡面の凹凸と同レベルの厚みであり、電磁波のスケールに対して実質的に厚みのない構造で減衰が得られていることになる。
発明者らは、種々の実験及びシミュレーションの結果、十分に薄い誘電体基材内でも電磁波による電界及び磁界の定在的な局在が起こることを見出した。誘電体基材10の厚さは、5μm以上、300μm以下とできる。さらには、誘電体基材10の厚さは、5μm以上、100μm以下とできる。これは、ミリ波帯の波長の1/2より薄く、さらにはミリ波帯の波長の1/10より薄い。そのため、電磁波減衰フィルムは、薄いフィルムでありながら、ミリ波帯域の電磁波を減衰させることが可能である。誘電体基材10の厚さは、一定または可変である。
誘電体基材10は、単層または多層とできる。誘電体基材10の前面は凹凸を有してもよい。誘電体基材10は、キャリア11と、キャリア11上に、下地層12とを有してもよい。下地層12の前面は、凹凸を有してもよい。キャリア11は、押出フィルムとできる。押出フィルムは、無延伸フィルムまたは延伸フィルムとできる。下地層12は、成形層とアンカー層との2層で構成してもよい。さらに、下地層12と金属プレートおよび平板インダクタとの密着を向上させるため、接着層を設けてもよい。下地層12、成形層、アンカー層、接着層は、誘電体基材を構成する材料と同様のものを使用することが可能である。
キャリア11は、誘電体基材10において背面10bを構成し、下地層12は、誘電体基材10において前面10aを構成する。前面10aが凹凸を有している場合、下地層12に凹凸構造を設けるとよい。すなわち、誘電体基材10の前面10aは、下地層12の凹凸に応じた凹凸を有し、誘電体基材10の背面10bは、概ね平坦である。
電磁波減衰フィルム1においては、前面10aの凹凸の態様により特性が変化する。この点については後述する。
電磁波減衰フィルム1においては、前面10aの凹凸の態様により特性が変化する。この点については後述する。
薄膜導電層30は、電磁波減衰フィルム1の平面視において、前面10aの全体または一部を覆っている。平板インダクタ50は、背面10bの全体または一部を覆っている。平板インダクタ50は、電磁波減衰フィルム1の性能を大きく損なわない限りにおいて、例えば、電磁波減衰フィルム1の周縁の一部等に、薄膜導電層30や平板インダクタ50に覆われていない部位が存在してもよい。
薄膜導電層30および平板インダクタ50の材料は、導電性を有する限り特に限定されない。耐食性およびコストの観点からは、アルミニウム、銅、銀、金、白金、スズ、ニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、鉄及びこれらの合金が好ましい。薄膜導電層30および平板インダクタ50は、例えば、誘電体基材10に真空蒸着を行うことにより形成できる。平板インダクタ50は、導電性の化合物としてもよい。さらに平板インダクタ50は、連続面でもよいし、メッシュ状、パッチ等のパターンを有していてもよい。
薄膜導電層30の厚さは、10nm以上、1000nm以下とできる。10nm未満であると、電磁波を減衰させる機能が低下する可能性がある。1000nmを超えると、生産性が落ちる可能性がある。
平板インダクタ50は鋳物、圧延金属板、金属箔、蒸着膜、スパッタ膜およびめっきとできる。圧延金属板の厚さは、0.1mm以上5mm以下とできる。金属箔の厚さは5μm以上100μm未満とできる。平板インダクタ50が蒸着膜、スパッタ膜およびメッキ膜の場合は、0.5μm以上、5mm未満とできる。平板インダクタ50の厚さは、0.5μm~5mmとできる。また、平板インダクタ50が鋳物の場合は、厚さは特定されないが、最大寸法が10mm以上のものとできる。また、平板インダクタ50の厚さは、減衰中心波長により求められる表皮深さ以上とできる。また、平板インダクタ50の厚さは、薄膜導電層30の厚さより厚くできる。
薄膜導電層30と平板インダクタ50の材質は、同じ金属種とすることができる。この同じ金属種は、同じ純金属か同じ金属の合金(例えば、双方ともアルミニウム合金)とするか、薄膜導電層30を純金属とし平板インダクタ50を薄膜導電層30の金属の合金としてもよい。また、薄膜導電層30と平板インダクタ50の材質は、異なる金属種としてもよい。
薄膜導電層30は、誘電体基材の反対側の面にトップコート層200を有してもよい。図3は、トップコート層を設けた場合の図1のI-I線における断面の一部を示す模式図である。 平板インダクタ50も、誘電体基材の反対側の面にトップコート層200を有してもよい。トップコート層200の厚さは、0.1μm以上、50μm以下とできる。さらには、1μm以上、5μm以下とできる。トップコート層200は単層または多層である。トップコート層200の材質は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂の単体、混合体、複合体とできる。また、絶縁性粒子、磁性粒子、導電性粒子、または、その混合を含有してもよい。粒子は、無機粒子とできる。トップコート層200を設けることで、電波が伝搬する空気とインピーダンスが整合し、薄膜導電層に対し、電波が効果的に減衰することが可能となる。また、薄膜導電層30、平板インダクタ50に、耐食性、耐薬品性、耐熱性、耐摩擦性、耐衝撃性等を付与することが出来る。例えば、架橋したアクリル樹脂、架橋したエポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコーン樹脂等を用いることにより、耐溶剤性を向上させた上で、耐熱性を向上させることが可能となる。また、ウレタン樹脂等を用いることで耐衝撃性を、シリコーン樹脂を用いることで耐摩擦性を向上させることが可能となる。
薄膜導電層30の厚さは、10nm以上、1000nm以下とできる。10nm未満であると、電磁波を減衰させる機能が低下する可能性がある。1000nmを超えると、生産性が落ちる可能性がある。
平板インダクタ50は鋳物、圧延金属板、金属箔、蒸着膜、スパッタ膜およびめっきとできる。圧延金属板の厚さは、0.1mm以上5mm以下とできる。金属箔の厚さは5μm以上100μm未満とできる。平板インダクタ50が蒸着膜、スパッタ膜およびメッキ膜の場合は、0.5μm以上、5mm未満とできる。平板インダクタ50の厚さは、0.5μm~5mmとできる。また、平板インダクタ50が鋳物の場合は、厚さは特定されないが、最大寸法が10mm以上のものとできる。また、平板インダクタ50の厚さは、減衰中心波長により求められる表皮深さ以上とできる。また、平板インダクタ50の厚さは、薄膜導電層30の厚さより厚くできる。
薄膜導電層30と平板インダクタ50の材質は、同じ金属種とすることができる。この同じ金属種は、同じ純金属か同じ金属の合金(例えば、双方ともアルミニウム合金)とするか、薄膜導電層30を純金属とし平板インダクタ50を薄膜導電層30の金属の合金としてもよい。また、薄膜導電層30と平板インダクタ50の材質は、異なる金属種としてもよい。
薄膜導電層30は、誘電体基材の反対側の面にトップコート層200を有してもよい。図3は、トップコート層を設けた場合の図1のI-I線における断面の一部を示す模式図である。 平板インダクタ50も、誘電体基材の反対側の面にトップコート層200を有してもよい。トップコート層200の厚さは、0.1μm以上、50μm以下とできる。さらには、1μm以上、5μm以下とできる。トップコート層200は単層または多層である。トップコート層200の材質は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂の単体、混合体、複合体とできる。また、絶縁性粒子、磁性粒子、導電性粒子、または、その混合を含有してもよい。粒子は、無機粒子とできる。トップコート層200を設けることで、電波が伝搬する空気とインピーダンスが整合し、薄膜導電層に対し、電波が効果的に減衰することが可能となる。また、薄膜導電層30、平板インダクタ50に、耐食性、耐薬品性、耐熱性、耐摩擦性、耐衝撃性等を付与することが出来る。例えば、架橋したアクリル樹脂、架橋したエポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコーン樹脂等を用いることにより、耐溶剤性を向上させた上で、耐熱性を向上させることが可能となる。また、ウレタン樹脂等を用いることで耐衝撃性を、シリコーン樹脂を用いることで耐摩擦性を向上させることが可能となる。
誘電体基材10は、相対的に前面が低い第一領域121と、相対的に前面が高い第二領域122を有してもよい。第一領域121の平面視形状は、正方形、六角形、十字、その他の多角形、円形、楕円とできる。この正方形、六角形、十字、その他の多角形の角は丸い形状とできる。
第一領域121は、離散して配置されている。第一領域121は、所定のピッチで二次元マトリクス状に配置されている。第二領域122は、電磁波減衰フィルム1の平面視において第一領域121を取り囲んでいる。第一領域121上の薄膜導電層30に金属プレートを含む。つまり、第一領域121上に金属プレートを備える。言い換えると、金属プレートは、第一領域121上に位置する。金属プレートの平面視形状は、正方形、六角形、十字、その他の多角形、円形、楕円とできる。この正方形、六角形、十字、その他の多角形の角は丸い形状とできる。第二領域122は、第一領域121の上述した態様により、平面視において網目状や格子状に形成されている。
第一領域121および第二領域122の薄膜導電層30と接する面は、概ね背面と平行である。さらに、一部または全面に粗面を有してもよい。後述するが、第一領域121および第二領域122の薄膜導電層30と接する面を一部または全面を粗面とすることで、薄膜導電層30の電気抵抗を調整できる。
第一領域121は、離散して配置されている。第一領域121は、所定のピッチで二次元マトリクス状に配置されている。第二領域122は、電磁波減衰フィルム1の平面視において第一領域121を取り囲んでいる。第一領域121上の薄膜導電層30に金属プレートを含む。つまり、第一領域121上に金属プレートを備える。言い換えると、金属プレートは、第一領域121上に位置する。金属プレートの平面視形状は、正方形、六角形、十字、その他の多角形、円形、楕円とできる。この正方形、六角形、十字、その他の多角形の角は丸い形状とできる。第二領域122は、第一領域121の上述した態様により、平面視において網目状や格子状に形成されている。
第一領域121および第二領域122の薄膜導電層30と接する面は、概ね背面と平行である。さらに、一部または全面に粗面を有してもよい。後述するが、第一領域121および第二領域122の薄膜導電層30と接する面を一部または全面を粗面とすることで、薄膜導電層30の電気抵抗を調整できる。
図2に示すように、薄膜導電層30は、第一領域121および第二領域122の上面に形成されている。その一方で、第一領域121よりも上方に延びる第二領域122の側面122aには薄膜導電層30は存在せず、誘電体基材10が露出している。これにより、第一領域121の薄膜導電層30と、第二領域122の薄膜導電層30とは、電気的に絶縁状態とできる。電気的に絶縁状態とできれば、側面122aの一部が薄膜導電層30で覆われていてもよい。
各第一領域の金属プレートは、第一領域121の平面視形状に沿った形状とできる。すなわち、第一領域121の平面視形状と同じか、相似形とできる。また、誘電体基材10は、複数の平面視形状が同形同大の複数の金属プレートを含んでもよい。さらに、第一領域121は互いに平行な状態を保って離散させることができ、前面における配置密度は概ね均一とできる。
各第一領域の金属プレートは、第一領域121の平面視形状に沿った形状とできる。すなわち、第一領域121の平面視形状と同じか、相似形とできる。また、誘電体基材10は、複数の平面視形状が同形同大の複数の金属プレートを含んでもよい。さらに、第一領域121は互いに平行な状態を保って離散させることができ、前面における配置密度は概ね均一とできる。
電磁波減衰フィルム1は、上述した構成によって、特定の波長において、特有のメカニズムを発現すると考えらえる。
本発明の電磁波減衰フィルムに入射する電磁波は下記のようにふるまう。具体的には、入射波により発生する電磁場及び電流は、下記のようになると考えられる。
まず、金属プレートを透過した入射波の磁束の変動は、ファラデーの法則により、平板インダクタ50に平板インダクタ50の入射面に水平な交流電流を誘導する。この交流電流は平板インダクタ50に隣接する誘電体基材に変動する磁場を、アンペールの法則により、発生させる。また、変動する磁場は、透磁率を係数として変動する磁束となる。
変動する磁束により発生する電場は、通常、ヘンリーの法則により磁束を抑制するような向きの電流を誘導する。しかし、本願の構成の場合、予期に反して、逆に電流を増強する向きに働く。これにより、金属プレートには、入射波で誘導された以上の電流が流れる。つまり、金属プレートの面積は、平板インダクタ50の面積より狭いが、平板インダクタ50と同程度の電流を生じさせることができる。
この金属プレートに生じる電流の向きは、平板インダクタ50と逆向きとなる。金属プレートと平板インダクタ50に流れる双方に反対向きの電流と、その間に流れる変位電流とにより閉回路を形成できる。金属プレートと平板インダクタ50の間のみでの閉回路となり、電磁波減衰フィルムの外部の空間に電磁波減衰フィルムに水平な電束が発生しない場合には、反射波が発生しえない。また、平板インダクタ50による反射波と、金属プレートの電流により再放出する電磁波は、位相がπずれているため、相互に打ち消し合う。
上記の原理により、電磁波減衰フィルムによる反射波は減衰する。エネルギーの観点からは、下記のように、複数のメカニズムが相乗的に作用していると考えられる。
第一のメカニズムは、後に磁界密度のシミュレーションにより示すように、入射波による進行しない周期的に振動する電磁場の発生である。まず、誘電体基材10の背面にある
平板インダクタ50により、平板インダクタ50の接線方向に磁束が入射波に誘導される。誘導された磁束により、第一領域121上の薄膜導電層30(すなわち、金属プレート)の対向する一対の辺から伸張する方向に、平板インダクタ50に対して垂直な方向に電場が発生する。次に、電磁波が平板インダクタに入射すると、変動する磁束により平板インダクタの表面近傍に近接するように電流が誘導される。平板インダクタ内に誘導された電流により、平板インダクタの表面近傍に近接する誘電体基材10に磁場が発生する。この電場と金属プレートと平板インダクタ50の電流は、金属プレートと平板インダクタ50との間に平板インダクタ50により誘導される磁束と同じ向きの磁場を発生させる。ここで、金属プレートの形状は、プレート状であり、その材質は金属である。誘電体基材内に発生した電界は、入射波の周期と同じ周期で変動している。磁界の周期的な変動は、薄膜導電層30と平板インダクタ50との間の電界を周期的に変動させる。その結果、薄膜導電層30と平板インダクタ50との間に進行しない周期的に変動する電磁場が発生する。後に電流密度のシミュレーションにより示すように、周期的に変動する電磁場中の磁場により金属プレートに交流電流が誘導される。また、周期的に変動する電場は金属プレートに周期的に変動する電位を発生させる。電磁場は進行せずその場に留まり、誘導された交流電流は電力損失し、結果として電磁場のエネルギーが熱に変換され、電磁波を吸収する。また、金属プレートに誘導された交流電流は、金属プレートの誘電体基材10と接している面とは反対側の面から電磁波を再放出すると考えられる。
つまり、電磁波減衰フィルムで捕捉された電磁波のエネルギーは、一部は、熱のエネルギーに変換され、残りは再放出すると考えらえる。また、マクスウェル方程式等で表される古典的な電磁気の理論によれば、誘導される交流電流の周波数は入射波と同じ周波数となるため、再放出される電磁波の周波数は、入射波の周波数と同じとなる。その結果、入射波と同じ周波数の電磁波が再放出される。また、振動する電磁場を量子として考えた場合、量子がエネルギーを失い、よりエネルギーの低い長波長の電磁波が再放出されることも考えられる。また、再放出は、入射した電磁波による誘導放出と自然放出があると考えられる。誘導放出は、入射波の反射方向、すなわち鏡面反射方向に入射波が反射する反射波とコヒーレントな電磁波が放出されると考えられる。自然放出は時間とともに減衰すると考えられる。また、自然放出の空間分布は、電磁波減衰フィルムが回折構造、干渉構造、屈折構造を有していない場合は、ランバート反射に近いと考えられる。
減衰中心波長は、図2に示す第一領域121上に形成された薄膜導電層30の面方向における寸法W1(図7参照。以下、「幅W1」と称することがある。)と相関する。すなわち、第一のメカニズムにより好適に減衰される電磁波の波長は、寸法W1を変更することにより変更でき、電磁波減衰フィルム1においては、電磁波の減衰を自由度高くかつ簡便に設定できる。したがって、容易に15GHz以上、150GHz以下の帯域における直線偏波の電磁波を捕捉可能な構成とすることができる。
平板インダクタ50により、平板インダクタ50の接線方向に磁束が入射波に誘導される。誘導された磁束により、第一領域121上の薄膜導電層30(すなわち、金属プレート)の対向する一対の辺から伸張する方向に、平板インダクタ50に対して垂直な方向に電場が発生する。次に、電磁波が平板インダクタに入射すると、変動する磁束により平板インダクタの表面近傍に近接するように電流が誘導される。平板インダクタ内に誘導された電流により、平板インダクタの表面近傍に近接する誘電体基材10に磁場が発生する。この電場と金属プレートと平板インダクタ50の電流は、金属プレートと平板インダクタ50との間に平板インダクタ50により誘導される磁束と同じ向きの磁場を発生させる。ここで、金属プレートの形状は、プレート状であり、その材質は金属である。誘電体基材内に発生した電界は、入射波の周期と同じ周期で変動している。磁界の周期的な変動は、薄膜導電層30と平板インダクタ50との間の電界を周期的に変動させる。その結果、薄膜導電層30と平板インダクタ50との間に進行しない周期的に変動する電磁場が発生する。後に電流密度のシミュレーションにより示すように、周期的に変動する電磁場中の磁場により金属プレートに交流電流が誘導される。また、周期的に変動する電場は金属プレートに周期的に変動する電位を発生させる。電磁場は進行せずその場に留まり、誘導された交流電流は電力損失し、結果として電磁場のエネルギーが熱に変換され、電磁波を吸収する。また、金属プレートに誘導された交流電流は、金属プレートの誘電体基材10と接している面とは反対側の面から電磁波を再放出すると考えられる。
つまり、電磁波減衰フィルムで捕捉された電磁波のエネルギーは、一部は、熱のエネルギーに変換され、残りは再放出すると考えらえる。また、マクスウェル方程式等で表される古典的な電磁気の理論によれば、誘導される交流電流の周波数は入射波と同じ周波数となるため、再放出される電磁波の周波数は、入射波の周波数と同じとなる。その結果、入射波と同じ周波数の電磁波が再放出される。また、振動する電磁場を量子として考えた場合、量子がエネルギーを失い、よりエネルギーの低い長波長の電磁波が再放出されることも考えられる。また、再放出は、入射した電磁波による誘導放出と自然放出があると考えられる。誘導放出は、入射波の反射方向、すなわち鏡面反射方向に入射波が反射する反射波とコヒーレントな電磁波が放出されると考えられる。自然放出は時間とともに減衰すると考えられる。また、自然放出の空間分布は、電磁波減衰フィルムが回折構造、干渉構造、屈折構造を有していない場合は、ランバート反射に近いと考えられる。
減衰中心波長は、図2に示す第一領域121上に形成された薄膜導電層30の面方向における寸法W1(図7参照。以下、「幅W1」と称することがある。)と相関する。すなわち、第一のメカニズムにより好適に減衰される電磁波の波長は、寸法W1を変更することにより変更でき、電磁波減衰フィルム1においては、電磁波の減衰を自由度高くかつ簡便に設定できる。したがって、容易に15GHz以上、150GHz以下の帯域における直線偏波の電磁波を捕捉可能な構成とすることができる。
進行しない電磁場の周期的な変動は、金属プレートの平面視形状における向かい合う辺の間で発生すると考えられる。したがって、第一のメカニズムが発生するためには、一定の長さの辺が向かい合うことが好ましい。このことと、発明者らによる検討結果を踏まえ、薄膜導電層における幅W1が0.25mm以上の区画を金属プレートとすることができる。ある金属プレートにおいて、複数のW1を取りうる場合は、そのうち最大の値をその金属プレートにおけるW1と定義できる。W1を0.25mm~4mm程度の範囲内とすることにより、15GHz以上、150GHz以下の帯域の電磁波を減衰することが可能となる。減衰する電磁波の周波数と金属プレートの幅の関係性は、図53に示すように、それぞれを対数としたグラフ上で、直線として表せる。つまり、減衰する電磁波の周波数は、金属プレートの幅のべき乗関数となる。その関数のべきは、近似的に-1であり、ほぼ反比例となる。
薄膜導電層に含まれる複数の金属プレートは、寸法W1の異なるものが複数種類配置されてもよい。この場合、それぞれの電磁波の減衰ピークが重ね合わされ、減衰できる電磁波を広帯域化できる。
薄膜導電層に含まれる複数の金属プレートは、寸法W1の異なるものが複数種類配置されてもよい。この場合、それぞれの電磁波の減衰ピークが重ね合わされ、減衰できる電磁波を広帯域化できる。
第二のメカニズムは、薄膜導電層30と平板インダクタ50とによる電磁場の閉じ込めである。電磁波減衰フィルム1においては、第一領域121において、誘電体基材10が薄膜導電層30と平板インダクタ50とに挟まれている。このため、電磁波により電磁波減衰フィルム1の誘電体基材10に生じた電場は、金属プレートの電荷、電流によって金属プレートを含む薄膜導電層30と平板インダクタ50との間の誘電体基材10内に閉じ込められる。すなわち、金属プレートは、電磁場を抑制し、誘電体基材10に電磁場を閉じ込める。つまり、金属プレートは、チョークとして機能できる。言い換えれば、金属プレートは、チョークとして機能するチョークプレートとできる。
また、磁束は、この閉じ込められた電場の周期的な変動によっても、第一領域内に誘導されると考えられる。これにより、第一領域内に振動する電磁場が集積し、電磁場のエネルギー密度が高まる。一般的に、エネルギー密度が高いほど減衰しやすいため、このメカニズムにより電磁波は効率よく減衰される。また、第二のメカニズムでは、誘電体基材10の誘電正接が高いほど、誘電体基材内に蓄積された電磁場のエネルギー損失が大きくなる。また、誘電体基材に集積した磁場は、金属プレートに大きな電流を伴い、誘電体基材に集積した電場は大きな電位差を生じる。大きな電流と大きな電位差によりその積である電力損失を大きくすることができる。電力損失として、電磁波のエネルギーを消費し、その結果、電磁波が減衰する。
また、磁束は、この閉じ込められた電場の周期的な変動によっても、第一領域内に誘導されると考えられる。これにより、第一領域内に振動する電磁場が集積し、電磁場のエネルギー密度が高まる。一般的に、エネルギー密度が高いほど減衰しやすいため、このメカニズムにより電磁波は効率よく減衰される。また、第二のメカニズムでは、誘電体基材10の誘電正接が高いほど、誘電体基材内に蓄積された電磁場のエネルギー損失が大きくなる。また、誘電体基材に集積した磁場は、金属プレートに大きな電流を伴い、誘電体基材に集積した電場は大きな電位差を生じる。大きな電流と大きな電位差によりその積である電力損失を大きくすることができる。電力損失として、電磁波のエネルギーを消費し、その結果、電磁波が減衰する。
第三のメカニズムは、対向する薄膜導電層30と平板インダクタ50とその間の誘電体基材10によるコンデンサを含む電気回路での電力損失によるものである。電磁波減衰フィルム1においては、第一領域121、第二領域122のいずれにおいても、誘電体基材10が薄膜導電層30と平板インダクタ50とに挟まれている。このため、第一領域121、第二領域122、および誘電体基材10はコンデンサとして機能する。したがって、電磁波減衰フィルム1の誘電体基材10に入射した電磁波は、コンデンサを含む電気回路により減衰される。
コンデンサの静電容量が大きいほど多くの電荷を蓄積することで蓄えられるエネルギーが増加するため、静電容量が大きいほど高エネルギーに対応しうる。
静電容量は誘電体基材10の厚さに反比例するため、この観点からは、誘電体基材10の厚さは薄いほうがより好ましい。また、薄膜導電層30と平板インダクタ50との距離は誘電体基材10の厚さで定まるため、薄膜導電層30と平板インダクタ50との間の電気抵抗は、誘電体基材10の厚さに比例する。誘電体基材10の抵抗が小さいと誘電体基材10でのリーク電流は増大し、薄膜導電層30と平板インダクタ50とのコンデンサを含む電気回路に流れる電流は増加する。このため、リーク電流による電力損失を増大しやすく、電力損失により電磁波のエネルギーを吸収しやすい。また、本発明の実施形態の電磁波減衰フィルム1では、金属プレートが配置された箇所の誘電体基材10の厚さを変更しても減衰する電磁場の波長はシフトしないため、コンデンサを含む電気回路の特性に合わせて、誘電体基材10の厚さを設計可能である。
コンデンサの静電容量が大きいほど多くの電荷を蓄積することで蓄えられるエネルギーが増加するため、静電容量が大きいほど高エネルギーに対応しうる。
静電容量は誘電体基材10の厚さに反比例するため、この観点からは、誘電体基材10の厚さは薄いほうがより好ましい。また、薄膜導電層30と平板インダクタ50との距離は誘電体基材10の厚さで定まるため、薄膜導電層30と平板インダクタ50との間の電気抵抗は、誘電体基材10の厚さに比例する。誘電体基材10の抵抗が小さいと誘電体基材10でのリーク電流は増大し、薄膜導電層30と平板インダクタ50とのコンデンサを含む電気回路に流れる電流は増加する。このため、リーク電流による電力損失を増大しやすく、電力損失により電磁波のエネルギーを吸収しやすい。また、本発明の実施形態の電磁波減衰フィルム1では、金属プレートが配置された箇所の誘電体基材10の厚さを変更しても減衰する電磁場の波長はシフトしないため、コンデンサを含む電気回路の特性に合わせて、誘電体基材10の厚さを設計可能である。
以上説明したように、電磁波減衰フィルム1に入射した電磁波は、第一のメカニズムにより平板インダクタの表面近傍に近接する誘電体基材10に電磁場を発生させ、第二のメカニズムにより電磁波により生じた電磁場が閉じ込められることで、捕捉される。このように、電磁波減衰フィルム1は、電磁波を捕捉可能である。捕捉された電磁波は、第二のメカニズムによる電界損失と電力損失、第三のメカニズムの電気回路による電力損失により減衰される。また、トップコート層200を設けることで、電磁波が伝搬する空気とインピーダンスが整合し、薄膜導電層に対し、電磁波が効果的に減衰する事が可能となる。減衰される電磁波の波長は、図53に示すように、金属プレートの寸法W1を変更することにより変更できる。より詳しくは、反射波が極小になる周波数、すなわち減衰が極大となる周波数は、図53のように、金属プレートのサイズの累乗に極めて高い近似性を示す。そのため、電磁波減衰フィルム1においては、電磁波減衰特性を自由度高くかつ簡便に設定できる。したがって、15GHz以上、150GHz以下の帯域における直線偏波、円偏波または、楕円偏波の電磁波を捕捉するように設定することも容易である。
図53のシミュレーションにおいて、金属プレートは正方形であり、W1は一辺の長さである。
図53のシミュレーションにおいて、金属プレートは正方形であり、W1は一辺の長さである。
第一実施形態の電磁波減衰フィルム1の誘電体基材は、第一領域121および第二領域122を有し、第二領域122の側面122aの少なくとも一部が薄膜導電層30に覆われずに、露出している。その結果、電磁波減衰フィルムの平面視面積を増加させずに電磁波が入射可能な部位を容易に増加させることができ、効率よく電磁波を捕捉し減衰することができる。
第一実施形態の電磁波減衰フィルム1において、サポートケージとなる第二領域122上の薄膜導電層30は、主に第二のメカニズムおよび第三のメカニズムを増強することにより、電磁波の減衰性を向上する。
さらに、発明者らの検討では、金属プレートの周縁部で電界が強くなっており、周縁部に近いサポートケージでも電位を生じていると考えられる。
さらに、発明者らの検討では、金属プレートの周縁部で電界が強くなっており、周縁部に近いサポートケージでも電位を生じていると考えられる。
図4にサポートケージが無い場合の電界強度のシミュレーション結果を、図5にサポートケージがある場合の電界強度のシミュレーション結果をそれぞれ示す。図4および図5では、(a)における金属プレートの周縁部を、(b)で拡大して示しており、金属プレートに符号Aを、サポートケージに符号Bをそれぞれ付している。
図4(b)と図5(b)とを比較すると、図5(b)において金属プレートの周縁部における電界強度がより強くなっていることがわかる。すなわち、サポートケージに生じる上述の電位は、第一のメカニズムにおける電力損失をより大きくすることに寄与すると考えられる。
図4(b)と図5(b)とを比較すると、図5(b)において金属プレートの周縁部における電界強度がより強くなっていることがわかる。すなわち、サポートケージに生じる上述の電位は、第一のメカニズムにおける電力損失をより大きくすることに寄与すると考えられる。
電磁波減衰フィルム1においては、第三のメカニズムの果たす役割も重要である。誘電体基材10に電界が生じると、金属プレートの下方に電磁場が閉じ込められる。すなわち、エネルギー密度の高い電磁場が金属プレートの下方に生じる。閉じ込められた電磁場は、第二のメカニズムによる電力損失と、第三のメカニズムの誘電損失とにより減衰されると考えられる。
発明者らの検討では、金属プレートを構成する金属のアドミタンス(電気抵抗の逆数)により、第一のメカニズムによる減衰が変化することが分かった。アドミタンス(siemens/m)が1000万以上で、良好な電磁波の減衰が得られた。常伝導体で最もアドミタンスが高い物質として銀が知られており、そのアドミタンスは61~66×106であることから、アドミタンスの上限値はおよそ7000万となる。アドミタンスが500万以上、7000万以下の金属を用いることができる。金属プレートを構成する金属は、強磁性体、常磁性体、反磁性体、反強磁性体とできる。強磁性体の金属の実例は、ニッケル、コバルト、鉄またはその合金である。常磁性体の金属の実例は、アルミニウム、スズ(βスズ)またはその合金である。反磁性の金属の実例は、金、銀、銅、スズ(αスズ)、亜鉛またはその合金である。反磁性の合金の実例は、銅と亜鉛の合金である真鍮である。反強磁性の金属の実例は、クロムである。これらの金属の金属プレートにより良好な電磁波の減衰が示された。
一方で、本発明において、金属プレートの表面は酸化、窒化または酸窒化していてもよい。金属プレートの表面の酸化金属、窒化金属は、表面処理で形成できる。表面処理は薬品を用いた化学処理、熱処理または、その双方とできる。また、金属プレート内に酸化金属膜が存在してもよいし、金属と金属酸化物とが混合している層があってもよい。このような構成では、金属プレートの抵抗値が上昇し、電圧降下が高まることで電力損失が大きくなり、電磁波の減衰性を向上することができる。
また、金属プレート30Aは、異なる材質の膜を積層した多層膜とすることができる。積層する膜の材質は、導電体または絶縁体とできる。
一方で、本発明において、金属プレートの表面は酸化、窒化または酸窒化していてもよい。金属プレートの表面の酸化金属、窒化金属は、表面処理で形成できる。表面処理は薬品を用いた化学処理、熱処理または、その双方とできる。また、金属プレート内に酸化金属膜が存在してもよいし、金属と金属酸化物とが混合している層があってもよい。このような構成では、金属プレートの抵抗値が上昇し、電圧降下が高まることで電力損失が大きくなり、電磁波の減衰性を向上することができる。
また、金属プレート30Aは、異なる材質の膜を積層した多層膜とすることができる。積層する膜の材質は、導電体または絶縁体とできる。
電磁波減衰フィルム1の製造手順の一例について説明する。
まず、誘電体基材10を形成する。キャリア11上に凹凸部を形成する樹脂を層状に配置し、表面に第一領域および第二領域を形成すると、下地層12を有する誘電体基材10が完成する。下地層12を形成する樹脂は感光性樹脂とできる。この場合は、フォトリソグラフィを利用できる。感光性樹脂は、ネガレジストや、ポジレジストとできる。光硬化性樹脂で下地層12を形成することもできる。熱可塑性樹脂で下地層12を形成することもできる。この場合は、熱転写を利用できる。熱硬化性樹脂で下地層12を形成することもできる。樹脂は、溶剤に可溶な可溶性樹脂(油性インキ)でもよい。また、樹脂は、水溶性樹脂(水性インキ)でもよい。
まず、誘電体基材10を形成する。キャリア11上に凹凸部を形成する樹脂を層状に配置し、表面に第一領域および第二領域を形成すると、下地層12を有する誘電体基材10が完成する。下地層12を形成する樹脂は感光性樹脂とできる。この場合は、フォトリソグラフィを利用できる。感光性樹脂は、ネガレジストや、ポジレジストとできる。光硬化性樹脂で下地層12を形成することもできる。熱可塑性樹脂で下地層12を形成することもできる。この場合は、熱転写を利用できる。熱硬化性樹脂で下地層12を形成することもできる。樹脂は、溶剤に可溶な可溶性樹脂(油性インキ)でもよい。また、樹脂は、水溶性樹脂(水性インキ)でもよい。
次に、誘電体基材10の前面10aおよび背面10bに、それぞれ薄膜導電層30および平板インダクタ50を形成する。薄膜導電層30および平板インダクタ50は、物理堆積で形成できる。物理堆積は蒸着やスパッタリングとできる。薄膜導電層30と平板インダクタ50とはいずれが先に形成されてもよく、両者の材質が異なってもよい。また、平板インダクタ50は、鋳物、圧延金属板、金属箔、蒸着膜、スパッタ膜およびめっきのいずれかとすることができる。鋳物の材質は、鋳鉄またはアルミニウム合金とできる。圧延金属板の材質は、鋼材、ステンレス、アルミニウムまたは、アルミニウム合金とできる。めっきは、電解めっきまたは無電解めっきとできる。めっきは、銅めっき、無電解ニッケルめっき、電解ニッケルめっき、亜鉛めっき、電解クロムめっき、またはこれらの積層とできる。
薄膜導電層30においては、金属プレートとそれ以外の部分とがつながっていないことが重要である。つながっていると上述した幅W1が変化してしまうため、電磁波の減衰性が想定と異なってしまう可能性がある。このため、第二領域の側面に形成された薄膜導電層30を除去する工程を追加してもよい。この工程には、レーザーエッチング等を利用できる。
薄膜導電層30においては、金属プレートとそれ以外の部分とがつながっていないことが重要である。つながっていると上述した幅W1が変化してしまうため、電磁波の減衰性が想定と異なってしまう可能性がある。このため、第二領域の側面に形成された薄膜導電層30を除去する工程を追加してもよい。この工程には、レーザーエッチング等を利用できる。
トップコート層200を設ける場合においては、塗布方法は、特に限定されず、フィルム製造に使用されている方法から適宜選択すればよい。塗布方法の例には、グラビアコート、リバースコート、グラビアリバースコート、ダイコート、フローコート等が上げられる。
上述した製造手順においては、下地層12を形成した後にキャリア11を剥離してもよい。このようにすると、下地層12のみからなる単層の誘電体基材が形成される。
製造手順の他の例として、誘電体基材に薄膜導電層30および平板インダクタ50を形成した後に、薄膜導電層30側に凹凸形状を形成してもよい。この場合は、版を用いた転写が好適である。熱転写を行う場合は、薄膜導電層30に版を押し当てて加熱する。
この製造手順では、版に押された薄膜導電層30が伸展して金属プレートとそれ以外の部分とがつながった状態となりやすい。これを解消する方法としては、上述のレーザーエッチングの他に、版形状の工夫が挙げられる。例えば、版において、第一領域を形成する凸部の周辺を鋭利に形成しておくと、版が薄膜導電層30に押し当てられた際に金属プレートの周縁が切断される。これにより、転写時に金属プレートとそれ以外の部分とがつながっていない状態を確保できる。
この製造手順では、版に押された薄膜導電層30が伸展して金属プレートとそれ以外の部分とがつながった状態となりやすい。これを解消する方法としては、上述のレーザーエッチングの他に、版形状の工夫が挙げられる。例えば、版において、第一領域を形成する凸部の周辺を鋭利に形成しておくと、版が薄膜導電層30に押し当てられた際に金属プレートの周縁が切断される。これにより、転写時に金属プレートとそれ以外の部分とがつながっていない状態を確保できる。
本発明の第二実施形態について、図6から図9を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。第二実施形態においても、上述の第一、第二、第三のそれぞれのメカニズムは発現していると考えられる。
図6および図7に第二実施形態の電磁波減衰フィルム61を示す。図6は、本発明の第二実施形態に係る電磁波減衰フィルムを示す模式平面図であり、図7は、図6のII-II線における断面の一部を示す模式図である。また図8は、トップコート層を設けた場合の図6のII-II線における断面の一部を示す模式図である。
電磁波減衰フィルム61は、誘電体基材62と、複数の金属プレート30Aと、平板インダクタ50とを備えている。金属プレート30Aの厚さは1000nm以下とできる。
電磁波減衰フィルム61は、誘電体基材62と、複数の金属プレート30Aと、平板インダクタ50とを備えている。金属プレート30Aの厚さは1000nm以下とできる。
第二実施形態の誘電体基材62は、第一実施形態の誘電体基材と同様の材料および構成とすることができる。誘電体基材62は、キャリア11の上に下地層を設けた構成にしてもよいし、キャリア11のみで構成することも可能である。前面62aおよび背面62bのいずれも平坦面または粗面である。背面62bには平板インダクタ50が設けられているが、背面62bと平板インダクタ50との間に接着層が設けられてもよい。接着層および平板インダクタ50は、第一実施形態と同じ材質、同じ製法で形成できる。前面62a側には、複数の金属プレート30Aが、配置されている。金属プレート30Aは、堆積法により形成後、エッチングすることで形成できる。この堆積法は、物理堆積法または化学堆積法とできる。金属プレートの形成には、物理堆積法が適している。物理堆積法は、真空蒸着法はたはスパッタ法とできる。真空蒸着法は、生産性が高く好ましい。金属プレートの形状にマスク層をパターンで印刷し、その後、エッチングにより余分な薄膜導電層を除去することで金属プレートとすることができる。エッチングに用いるエッチング液は、水酸化ナトリウム溶液とできる。水酸化ナトリウム溶液の濃度は、0.001mol/L以上、1mol/L以下とできる。金属プレート30Aの金属は、第一実施形態と同じ金属とできる。金属プレートは、離散して配置されている。減衰中心周波数は、金属プレートの幅のべき乗関数として表せる。複数の金属プレート30Aは、同形同大とし、一定の間隔で配置されてもよい。言い換えると、2つ以上の同形同大の複数の金属プレート30Aが、一定の間隔を空けて配置されていてもよい。すなわち、前面62aは、全体が金属層に覆われておらず、金属プレート30Aが配置されていない部位において誘電体基材62が露出している。
また、形、大きさ、またはその双方が異なる複数の金属プレート30Aのそれぞれの金属プレート30Aと同形同大の金属プレート30Aが複数配置されてもよい。言い換えると、形、大きさ、またはその双方が異なる金属プレートが複数配置され、また同じ形、大きさの金属プレートが複数配置されていてもよい。金属プレートの配置は一定の間隔、一定の向きとできる。また、間隔が異なり、また、向きも異なってもよい。さらに間隔が異なり、向きが同じであってもよい。また一部の間隔が一定であり、一部の向きが同じであってもよい。さらに、形状、大きさ、またはその双方が異なる複数の金属プレートを金属プレートセットとしてもよい。金属プレートセットを構成する金属プレートの配置間隔は、全てまたは一部が一定または、全て異なるものとできる。金属プレートセットを構成する金属プレートの向きは、全てまたは一部が一定または、全て異なるものとできる。形状、大きさ、またはその双方が異なる複数の金属プレートを有する金属プレートセットは、それぞれの金属プレートの減衰する周波数のスペクトルが異なり、複数の周波数帯を減衰したり、減衰する周波数を広帯域化したりすることができる。また、金属プレートの配置間隔が異なると、減衰する周波数のスペクトルも異なるものとできる。金属プレートセットの向きが異なると、減衰の偏波の依存性を異なるものとできる。金属プレートセットを構成する複数の金属プレートは、それぞれ減衰する周波数が異なり、その周波数の差が規則的でもよい。
金属プレートセットは、複数配置してもよい。ある金属プレートセットを構成する金属プレートの形状、大きさ、配置と同一形状、大きさ、配置、金属プレートから構成される金属プレートセットを複数配置してもよい。薄膜導電層に異なる複数の金属プレートを含むことにより、広帯域化、複数の周波数の電磁波を減衰すること、またはその双方が可能となる。
金属プレートセットは、複数配置してもよい。ある金属プレートセットを構成する金属プレートの形状、大きさ、配置と同一形状、大きさ、配置、金属プレートから構成される金属プレートセットを複数配置してもよい。薄膜導電層に異なる複数の金属プレートを含むことにより、広帯域化、複数の周波数の電磁波を減衰すること、またはその双方が可能となる。
金属プレートは、複数の金属セグメントに分割されていてもよい。言い換えると、金属プレートは、複数の金属セグメントからなっていてもよい。金属プレート内の複数の金属セグメントは、導通していてもよい。複数の金属セグメントは、配線で導通してもよい。配線は、インピーダンスを有してもよい。このインピーダンスは、金属セグメントと整合していてもよい。配線および金属プレート内の複数の金属セグメントは、一体として機能してもよい。複数の金属セグメントは、単独で存在している場合と異なる性質を有してもよい。具体的には、共振する周波数や、減衰性が単独で存在している場合と、金属プレート内を構成している場合で異なってもよい。また、金属プレートの断面形状は、平面形状、多面体形状または曲面形状とできる。多面体または曲面の場合、その底部と頂部との距離、すなわち高さは、50μm以下とできる。またその高さと金属プレートの対向する辺の間の距離との比は、1:100以上、1:10以下とできる。
第二実施形態の電磁波減衰フィルムにおける減衰性の設定は、第一実施形態と同様に金属プレートの幅W1を変更することにより行うことができ、15GHz以上、150GHz以下の帯域における直線偏波の電磁波を捕捉するように設定することも容易である。
また、プラスチックフィルムのキャリア11をそのまま誘電体基材62とすることができるため、第二実施形態の電磁波減衰フィルムは、第一実施形態に係る電磁波減衰フィルムよりも簡便に製造できる。
前面62aおよび背面62bの一部または全面に粗面を有したキャリアを誘電体基材62とすることもできる。前面62aの一部または全面を粗面とすることで、金属プレート30Aのアドミタンスを調整できる。
また、プラスチックフィルムのキャリア11をそのまま誘電体基材62とすることができるため、第二実施形態の電磁波減衰フィルムは、第一実施形態に係る電磁波減衰フィルムよりも簡便に製造できる。
前面62aおよび背面62bの一部または全面に粗面を有したキャリアを誘電体基材62とすることもできる。前面62aの一部または全面を粗面とすることで、金属プレート30Aのアドミタンスを調整できる。
特許文献5を含む従来技術においては、共振する導電体を表皮深さより厚くすることで共振層に十分な交流電流を発生させ、その交流電流の電力損失により電磁波を減衰すると考えられていた。しかし、発明者らは、金属プレート30Aの厚さが表皮深さ以下となると、むしろ電磁波の減衰が増加することを見出した。
図9に、金属プレート30Aの厚さの変化による電磁波の減衰性のシミュレーション結果を示す。金属プレートの材質はアルミニウムとしている。また、入射波は正弦波の直線偏波とし、電磁波減衰フィルムに対して垂直に入射した。尚、シミュレーションでは、平板インダクタを完全導体とした。電磁波減衰フィルムとしての電磁波の減衰性は、平板インダクタのみの場合を基準としたモノスタティックRCSを指標としている。尚、電磁波の減衰性を示す縦軸はデシベル表記としている。モノスタティックRCS(Rader Cross-Section)は、モノスタティックレーダーでの対象の探知のしやすさを表す指標であり、下記式1により算出できる。尚、モノスタティックレーダーは、送信と受信を同一地点で行なうものである。
シミュレーションの結果、図9に示すように、厚さが40nm以上、400nm以下で大きな電磁波の減衰が認められた。40nm未満では、逆に電磁波の減衰の減少が見られる。
なお、金属プレート30Aが導電層およびクラッドを備える場合、導電層とクラッドを合わせた金属プレート30Aの厚さが1000nm以下であれば、安定した成膜が可能である。
なお、金属プレート30Aが導電層およびクラッドを備える場合、導電層とクラッドを合わせた金属プレート30Aの厚さが1000nm以下であれば、安定した成膜が可能である。
図9に示される現象は、表皮深さと興味深い関係性が見られる。周波数41GHzにおけるアルミニウムの表皮深さは約400nmである。すなわち、金属プレートの厚さが材質の表皮深さ以下になると電磁波の減衰が増加している。また、表皮深さの1/e2未満では、電磁波の減衰は減少している。これは、導電層が表皮深さより厚い場合には、十分な抵抗が得られず電力損失に必要な電圧降下が得られず、また電流が金属プレートの中央付近にのみ集中し電位差が生じている領域での電流が減少することが考えられる。他方、導電層の厚さが表皮深さ以下であっても、表皮深さの1/e2未満では、電力損失のための十分な電流が得られないことが考えられる。尚、言うまでもなく、電力損失は電流と電圧の積として与えられる。すなわち、金属プレートの厚さTを表皮深さdで正規化した値の自然対数を用いて表した下記のLN関数の式2が満たされる範囲であれば、十分な電磁波の減衰が得られると言える。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 0 …(2)
また、金属プレートにアドミタンスが低い金属を用いた場合は、下記式3の範囲でも電磁波の減衰が得られる。また、金属プレートの面積が誘電体基材の前面に占める割合が大きい場合、下記式3の範囲でも、電磁波の減衰が得られる。この面積比が大きい場合とする、金属プレートの面積が誘電体基材の前面に占める割合は50%以上、90%以下とできる。
0 < ln(T/d) ≦ 1 …(3)
式1および2を踏まえると、下記式4の範囲において、電磁波の減衰を得ることができる。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 1 …(4)
なお、本発明の実施形態では、この表皮深さは、減衰中心周波数fを用いて算出できる。つまり、減衰中心周波数fを用いると、表皮深さdは、周知のとおり下記式5のように計算される。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 0 …(2)
また、金属プレートにアドミタンスが低い金属を用いた場合は、下記式3の範囲でも電磁波の減衰が得られる。また、金属プレートの面積が誘電体基材の前面に占める割合が大きい場合、下記式3の範囲でも、電磁波の減衰が得られる。この面積比が大きい場合とする、金属プレートの面積が誘電体基材の前面に占める割合は50%以上、90%以下とできる。
0 < ln(T/d) ≦ 1 …(3)
式1および2を踏まえると、下記式4の範囲において、電磁波の減衰を得ることができる。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 1 …(4)
なお、本発明の実施形態では、この表皮深さは、減衰中心周波数fを用いて算出できる。つまり、減衰中心周波数fを用いると、表皮深さdは、周知のとおり下記式5のように計算される。
また、シミュレーション結果では、金属プレートの厚さが表皮深さより薄い場合に、減衰が増加した。これは、金属プレートの誘電体基材の磁束の影響で生じる電流が誘電体基材の反対側の面側にも達し、その電流によって誘電性インダクタによる反射波を相殺する誘電性インダクタによる反射波と位相がπずれた電磁波が放出されるためと考えられる。また、金属プレートの厚さが表皮深さより薄くなるにつれて、金属プレートの電流が規制された結果、磁界が金属プレートの中心付近のみならず、金属プレート全域にわたって発生し、発生した磁界により誘導される電流も金属プレートの全域にわたって発生し、誘電性インダクタによる反射波を相殺する電磁波の放出が増加するため、反射波がより減衰すると考えられる。
また、金属プレートと誘電性インダクタの間の誘電体基材の電場は、金属プレートと誘電性インダクタを引き付ける。電場が周期的に変動している場合は、金属プレートに引き付ける力も周期的に変動する。そのため、金属プレートと誘電性インダクタの間の誘電体基材の電場は、金属プレートを振動させる。この振動のエネルギーは熱に変換されて損失する。このため、電磁場が金属プレートに作用する力学も電磁波の減衰に寄与すると考えられる。
また、電磁場の進行しない周期的な変動を、量子として捉えた場合には、運動量がゼロの状態として電磁場に束縛され量子が捕捉されている状態にあると考えることができる。加えて金属プレートの厚さが数百nmのレベルとなるため、金属プレート内のエネルギー準位に影響を及ぼす可能性も考えられる。
このように、本発明の実施形態での現象に対する解釈は、古典的電磁としての解釈に加えて、古典力学や量子力学としての解釈も可能である。
そのため、式4を解釈するにあり、当該範囲は合理的に定められているが、すべての物理現象を加味し厳格に算出された範囲ではない。したがって、対象となる製品が上記式の範囲に該当するかを判断する場合には、発現している物理現象を考慮し解釈することが適切だと言える。
なお、従来技術において、表皮深さ程度から表皮深さより薄い導体を使用する例は、通常みられない。そのため、本発明の実施形態は、ミリ波帯での電磁波との相互作用のメカニズムそのものが従来とは異なると考えられる。
また、金属プレートと誘電性インダクタの間の誘電体基材の電場は、金属プレートと誘電性インダクタを引き付ける。電場が周期的に変動している場合は、金属プレートに引き付ける力も周期的に変動する。そのため、金属プレートと誘電性インダクタの間の誘電体基材の電場は、金属プレートを振動させる。この振動のエネルギーは熱に変換されて損失する。このため、電磁場が金属プレートに作用する力学も電磁波の減衰に寄与すると考えられる。
また、電磁場の進行しない周期的な変動を、量子として捉えた場合には、運動量がゼロの状態として電磁場に束縛され量子が捕捉されている状態にあると考えることができる。加えて金属プレートの厚さが数百nmのレベルとなるため、金属プレート内のエネルギー準位に影響を及ぼす可能性も考えられる。
このように、本発明の実施形態での現象に対する解釈は、古典的電磁としての解釈に加えて、古典力学や量子力学としての解釈も可能である。
そのため、式4を解釈するにあり、当該範囲は合理的に定められているが、すべての物理現象を加味し厳格に算出された範囲ではない。したがって、対象となる製品が上記式の範囲に該当するかを判断する場合には、発現している物理現象を考慮し解釈することが適切だと言える。
なお、従来技術において、表皮深さ程度から表皮深さより薄い導体を使用する例は、通常みられない。そのため、本発明の実施形態は、ミリ波帯での電磁波との相互作用のメカニズムそのものが従来とは異なると考えられる。
特定の周波数帯について、好ましい電磁波の減衰を示す金属プレートの厚さと表皮深さの関係については、後述する第二実施形態に係る実施例において詳細に説明する。
本発明の各実施形態について、実施例を用いてさらに説明する。
(第一実施形態に係る実施例)
まず、ニッケル電鋳用のマスター版を用意した。シリコンウェハ表面にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した。使用したフォトレジストはポジ型であり、フォトレジストの膜厚は10μmとした。形成したレジストパターンは、XY座標系において、一辺14cmの正方形領域内に、正方形開口を、X座標、Y座標共に一定周期の正方格子配列となる座標に配置したパターンであり、i線を露光した領域は前記正方形の内側領域である。
さらに、このマスター版を用いてニッケル電鋳を行い、表面に平面視正方形の凸部が規則的に配列されたパターンを有するニッケルモールドを得た。
(第一実施形態に係る実施例)
まず、ニッケル電鋳用のマスター版を用意した。シリコンウェハ表面にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した。使用したフォトレジストはポジ型であり、フォトレジストの膜厚は10μmとした。形成したレジストパターンは、XY座標系において、一辺14cmの正方形領域内に、正方形開口を、X座標、Y座標共に一定周期の正方格子配列となる座標に配置したパターンであり、i線を露光した領域は前記正方形の内側領域である。
さらに、このマスター版を用いてニッケル電鋳を行い、表面に平面視正方形の凸部が規則的に配列されたパターンを有するニッケルモールドを得た。
次に、ニッケルモールドのパターン面に紫外線硬化性樹脂を滴下し、片面に易接着処理を施したPETフィルムの易接着面を紫外線硬化性樹脂上に配置した。ローラーを用いて紫外線硬化性樹脂をパターン面上に均一に延ばし、透明なPETフィルム越しに紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化した。
PETフィルムをニッケルモールドから離型し、紫外線硬化性樹脂からなる凹凸層とPETフィルムとからなる誘電体部を得た。
PETフィルムをニッケルモールドから離型し、紫外線硬化性樹脂からなる凹凸層とPETフィルムとからなる誘電体部を得た。
誘電体基材の両面に真空蒸着法を用いて厚さ500nmのAl膜を成膜し、薄膜導電層及び平板インダクタを形成した。
以上が第一実施形態に係る実施例の製造手順である。この手順において、凹凸層表面の各パラメータを変化させた複数のニッケルモールドを作製し、実施例1から3の電磁波減衰フィルムを作製した。
各実施例に係る電磁波減衰フィルムは、いずれも厚さ60μm程度、重量0.02g程度であり、薄くかつ軽量であった。
以上が第一実施形態に係る実施例の製造手順である。この手順において、凹凸層表面の各パラメータを変化させた複数のニッケルモールドを作製し、実施例1から3の電磁波減衰フィルムを作製した。
各実施例に係る電磁波減衰フィルムは、いずれも厚さ60μm程度、重量0.02g程度であり、薄くかつ軽量であった。
(第一実施形態に係る実施例にトップコート層を設けた変形例)
前記第一実施形態に係る実施例において、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。作成した電磁波減衰フィルムは、厚さ70μm程度、重量0.02g程度であり、薄くかつ軽量であった。
前記第一実施形態に係る実施例において、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。作成した電磁波減衰フィルムは、厚さ70μm程度、重量0.02g程度であり、薄くかつ軽量であった。
(第二実施形態に係る実施例)
[27GHz~34GHz]
(実施例1A)
式4で述べた一般論に対し、ミリ波帯中の特定の周波数帯において、好ましい電磁波の減衰を示す金属プレートの厚さTと表皮深さdの関係式ln(T/d)の範囲を見出すことができたので以下に説明する。
27GHz~34GHzの帯域で実施したシミュレーションについて説明する。誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートをX座標、Y座標共に一定の間隔で設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。
周波数27GHz、28GHz、31GHz、34GHzに対して各金属種ごとに電磁波の減衰とln(T1/d)の関係についてシミュレーションを行った。
[27GHz~34GHz]
(実施例1A)
式4で述べた一般論に対し、ミリ波帯中の特定の周波数帯において、好ましい電磁波の減衰を示す金属プレートの厚さTと表皮深さdの関係式ln(T/d)の範囲を見出すことができたので以下に説明する。
27GHz~34GHzの帯域で実施したシミュレーションについて説明する。誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートをX座標、Y座標共に一定の間隔で設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。
周波数27GHz、28GHz、31GHz、34GHzに対して各金属種ごとに電磁波の減衰とln(T1/d)の関係についてシミュレーションを行った。
シミュレーションの結果を表1、表2および図10から図13で説明する。図10は、実施例1Aの27GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図11は、実施例1Aの28GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図12は、実施例1Aの31GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図13は、実施例1Aの34GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図10~13において、(a)はアドミタンスと表皮深さの値を示し、(b)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(c)~(e)はそれぞれ銀、銅、アルミニウムの減衰特性のグラフを示す。前記グラフは、金属プレートの厚さT1を表皮深さdで正規化した値の自然対数を横軸にとり、誘電体基材と同じ面積の金属プレートの反射量を100(リファレンス)としたときのパターニング金属プレートでの減衰量を縦軸にとり、両者の相関を図に表したものである。
電磁波減衰フィルムの吸収量が10dB以上を良好な減衰量を示す目安とすると、表1及び図10から図13から明らかなように、周波数27GHz~34GHzの帯域において、-1.0 ≦ ln(T1/d) ≦ 0.0を満たすものが良好な減衰量を得られることが示された。
なお、10dB程度の良好な減衰特性は、実施例1Aで使用したパラメータの数値に限られるものでなく、ある程度の幅をもつ構成において実現し得ることは当然期待し得る。例えば金属プレートの幅W1として2.4mm~3mm、隣接する金属プレート間の距離W3として1.2mm~1.5mm、誘電体基材の厚さH1として5μm~300μm、平板インダクタの厚さT2として0.5μm~5mmの構成についても10dB程度の良好な減衰特性を期待し得る。
なお、10dB程度の良好な減衰特性は、実施例1Aで使用したパラメータの数値に限られるものでなく、ある程度の幅をもつ構成において実現し得ることは当然期待し得る。例えば金属プレートの幅W1として2.4mm~3mm、隣接する金属プレート間の距離W3として1.2mm~1.5mm、誘電体基材の厚さH1として5μm~300μm、平板インダクタの厚さT2として0.5μm~5mmの構成についても10dB程度の良好な減衰特性を期待し得る。
(実施例1B)
実施例1Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートの総面積が誘電体基材のXY平面の総面積に占める割合を変えて設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、幅W1は2.9mm、厚さT1は297.6nmに設定し、金属プレート間の距離W3を調節することで金属面積の割合を変更した。
シミュレーションの結果を表3および図14で説明する。図14は、実施例1Bの28GHzにおける金属面積の割合に応じた電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(b)は減衰特性を示す。
電磁波減衰フィルムの吸収量が10dB以上を良好な減衰量を示す目安とすると、表3及び図14から、実施例1Bにおいて、金属面積の割合が20%以上であると良好な減衰量を得られることが示された。
実施例1Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートの総面積が誘電体基材のXY平面の総面積に占める割合を変えて設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、幅W1は2.9mm、厚さT1は297.6nmに設定し、金属プレート間の距離W3を調節することで金属面積の割合を変更した。
シミュレーションの結果を表3および図14で説明する。図14は、実施例1Bの28GHzにおける金属面積の割合に応じた電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(b)は減衰特性を示す。
(実施例1C)
実施例1Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートを図6と同様のパターン配列で配置し、その形状を正方形以外の形状に変え、さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、電磁波の減衰特性のシミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、厚さT1は297.6nmに設定した。
実施例1Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートを図6と同様のパターン配列で配置し、その形状を正方形以外の形状に変え、さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、電磁波の減衰特性のシミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、厚さT1は297.6nmに設定した。
[円形状]
図15は、実施例1Cにおいて金属プレートが円形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でR1は円形状の半径を表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は円形状の中心間の距離を表す。(c)はR1とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、28.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図15は、実施例1Cにおいて金属プレートが円形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でR1は円形状の半径を表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は円形状の中心間の距離を表す。(c)はR1とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、28.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[長方形状]
図16は、実施例1Cにおいて金属プレートが長方形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW7は長方形状の長辺の長さ、W8は短辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は長方形状の中心間の距離を表す。(c)はW7,W8とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、28.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図16は、実施例1Cにおいて金属プレートが長方形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW7は長方形状の長辺の長さ、W8は短辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は長方形状の中心間の距離を表す。(c)はW7,W8とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、28.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[六角形状]
図17は、実施例1Cにおいて金属プレートが六角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW9は六角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は六角形状の中心間の距離を表す。(c)はW9とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、31GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図17は、実施例1Cにおいて金属プレートが六角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW9は六角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は六角形状の中心間の距離を表す。(c)はW9とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、31GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[凸形状]
図18は、実施例1Cにおいて金属プレートが凸形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W10は凸形状の内突起している上部の上辺の長さ、W11は凸形状の下部の下辺の長さ、W15は前記上部の側辺の長さ、W16は前記下部の側辺の長さを表す。凸形状は前記上部の上辺と前記下部の下辺の中点を結ぶ直線に対し左右対称である。また前記下部の下辺と、前記下部の左右の側辺と、前記上部の上辺に接し、凸形状を囲む長方形状の中心を、本凸形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は凸形状の中心間の距離を表す。(c)はW10、W11、W15、W16とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、30.6GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図18は、実施例1Cにおいて金属プレートが凸形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W10は凸形状の内突起している上部の上辺の長さ、W11は凸形状の下部の下辺の長さ、W15は前記上部の側辺の長さ、W16は前記下部の側辺の長さを表す。凸形状は前記上部の上辺と前記下部の下辺の中点を結ぶ直線に対し左右対称である。また前記下部の下辺と、前記下部の左右の側辺と、前記上部の上辺に接し、凸形状を囲む長方形状の中心を、本凸形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は凸形状の中心間の距離を表す。(c)はW10、W11、W15、W16とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、30.6GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[三角形状]
図19は、実施例1Cにおいて金属プレートが三角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW12は正三角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は三角形状の中心間の距離を表す。(c)はW12とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、30.2GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図19は、実施例1Cにおいて金属プレートが三角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW12は正三角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は三角形状の中心間の距離を表す。(c)はW12とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、30.2GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[十字形状]
図20は、実施例1Cにおいて金属プレートが十字形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。十字形状は上下左右に対称で90度の回転に対しても対称である。W13は十字の外側の上下と左右で互いに対向する辺の長さ、W14は前記外側の上下と左右で互いに対向する辺に接して十字形状を囲む正方形の一辺の長さを表す。また当該正方形の中心を、本十字形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は十字形状の中心間の距離を表す。(c)はW13、W14とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、32GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図20は、実施例1Cにおいて金属プレートが十字形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。十字形状は上下左右に対称で90度の回転に対しても対称である。W13は十字の外側の上下と左右で互いに対向する辺の長さ、W14は前記外側の上下と左右で互いに対向する辺に接して十字形状を囲む正方形の一辺の長さを表す。また当該正方形の中心を、本十字形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は十字形状の中心間の距離を表す。(c)はW13、W14とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、32GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
(実施例1D)
誘電体基材として、厚さ50μm、一辺14cmの正方形PETフィルムを準備した。誘電体基材の一方の面全体に真空蒸着法を用いて厚さ100nmのアルミニウムの薄膜導電層を形成した。その後、マスクを用いて、X座標、Y座標共に一定の間で金属プレートが形成されるよう薄膜導電層をエッチングした。もう一方の面には、接着層を用いてアルミニウムの平板インダクタを貼り合せた。また、この構成でシミュレーションを行った。
以上が第二実施形態に係る実施例1Dの製造手順である。実施例1Dのパラメータは以下の通りである。
金属プレートの幅W1:2.236mm~3.481mmの範囲を0.083mm毎に16等分した長さの幅の16種類の金属プレートを、同じ0.1mm間隔で同じ向きで4×4のマトリクス状に配置し、金属プレートセットとした。この金属プレートセットを0.1mmの間隔で、同じ向きで複数配置した。またそれぞれの金属プレートセットはすべて同じものとした。つまり、それぞれの金属プレートセットを構成する金属プレートは、それぞれの金属プレートセット間で差異はない。
隣接する金属プレート間の距離W3:0.1mm
金属プレートの厚さT1:297.6nm
平板インダクタの厚さT2:約2mm
誘電体基材の厚さH1:50μm
また、実験結果による減衰のメカニズムの妥当性を検討するため、この構成を用いてシミュレーションを行った。
誘電体基材として、厚さ50μm、一辺14cmの正方形PETフィルムを準備した。誘電体基材の一方の面全体に真空蒸着法を用いて厚さ100nmのアルミニウムの薄膜導電層を形成した。その後、マスクを用いて、X座標、Y座標共に一定の間で金属プレートが形成されるよう薄膜導電層をエッチングした。もう一方の面には、接着層を用いてアルミニウムの平板インダクタを貼り合せた。また、この構成でシミュレーションを行った。
以上が第二実施形態に係る実施例1Dの製造手順である。実施例1Dのパラメータは以下の通りである。
金属プレートの幅W1:2.236mm~3.481mmの範囲を0.083mm毎に16等分した長さの幅の16種類の金属プレートを、同じ0.1mm間隔で同じ向きで4×4のマトリクス状に配置し、金属プレートセットとした。この金属プレートセットを0.1mmの間隔で、同じ向きで複数配置した。またそれぞれの金属プレートセットはすべて同じものとした。つまり、それぞれの金属プレートセットを構成する金属プレートは、それぞれの金属プレートセット間で差異はない。
隣接する金属プレート間の距離W3:0.1mm
金属プレートの厚さT1:297.6nm
平板インダクタの厚さT2:約2mm
誘電体基材の厚さH1:50μm
また、実験結果による減衰のメカニズムの妥当性を検討するため、この構成を用いてシミュレーションを行った。
平板インダクタを含まない各実施例に係る電磁波減衰フィルムは、いずれも厚さ60μm程度、重量0.02g程度であり、薄くかつ軽量であった。したがって、携帯電話や車載レーダー等の筐体内において、電磁波による放射ノイズの影響を抑えたい部品等に貼り付けることも容易である。
シミュレーションでは、実施例1A~Dのいずれも、ミリ波帯の電磁波に対して良好な減衰を示した。実施例1Dのシミュレーションの結果を図21に示す。
シミュレーションでは、実施例1A~Dのいずれも、ミリ波帯の電磁波に対して良好な減衰を示した。実施例1Dのシミュレーションの結果を図21に示す。
(第二実施形態に係る実施例1Aにトップコート層を設けた変形例)
前記第二実施形態に係る実施例1Aにおいて、アルミニウムを用い、金属プレートの厚さT1を298nmとしたものに、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。トップコート層膜厚は6μmであった。
前記第二実施形態に係る実施例1Aにおいて、アルミニウムを用い、金属プレートの厚さT1を298nmとしたものに、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。トップコート層膜厚は6μmであった。
(比較例1)
トップコート層を設けず、電磁波減衰フィルムを実施例1Aに準じて作成した。
また、前記変形例及び比較例1で得た電磁波減衰フィルムをステンレス板に粘着剤を介し圧着し、サンシャインウエザーメータにて屋外暴露10年間相当の暴露を行ったのち、電磁波減衰フィルムの表面を綿布にて払拭してトップコート層、電磁波減衰層の残存状態、モノスタティックRCS減衰特性変化を調べた。
その結果、変形例の構成ではトップコート層、電磁波減衰層ともに劣化がなく、トップコート層の形成により、インピーダンスが整合されモノスタティックRCS減衰特性が向上していることが図22のように確認できた。
トップコート層を設けず、電磁波減衰フィルムを実施例1Aに準じて作成した。
また、前記変形例及び比較例1で得た電磁波減衰フィルムをステンレス板に粘着剤を介し圧着し、サンシャインウエザーメータにて屋外暴露10年間相当の暴露を行ったのち、電磁波減衰フィルムの表面を綿布にて払拭してトップコート層、電磁波減衰層の残存状態、モノスタティックRCS減衰特性変化を調べた。
その結果、変形例の構成ではトップコート層、電磁波減衰層ともに劣化がなく、トップコート層の形成により、インピーダンスが整合されモノスタティックRCS減衰特性が向上していることが図22のように確認できた。
[35GHz~50GHz]
(実施例2A)
式4で述べた一般論に対し、ミリ波帯中の特定の周波数帯において、好ましい電磁波の減衰を示す金属プレートの厚さTと表皮深さdの関係式ln(T/d)の範囲を見出すことができたので以下に説明する。
35GHz~50GHzの帯域で実施したシミュレーションについて説明する。誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートをX座標、Y座標共に一定の間隔で設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。
周波数35GHz、39GHz、41GHz、45GHz、50GHzに対して各金属種ごとに電磁波の減衰とln(T1/d)の関係についてシミュレーションを行った。
(実施例2A)
式4で述べた一般論に対し、ミリ波帯中の特定の周波数帯において、好ましい電磁波の減衰を示す金属プレートの厚さTと表皮深さdの関係式ln(T/d)の範囲を見出すことができたので以下に説明する。
35GHz~50GHzの帯域で実施したシミュレーションについて説明する。誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートをX座標、Y座標共に一定の間隔で設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。
周波数35GHz、39GHz、41GHz、45GHz、50GHzに対して各金属種ごとに電磁波の減衰とln(T1/d)の関係についてシミュレーションを行った。
シミュレーションの結果を表4、表5および図23から図27で説明する。図23は、実施例2Aの35GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図24は、実施例2Aの39GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図25は、実施例2Aの41GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図26は、実施例2Aの45GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図27は、実施例2Aの50GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図23~27において、(a)はアドミタンスと表皮深さの値を示し、(b)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(c)~(e)はそれぞれ銀、銅、アルミニウムの減衰特性のグラフを示す。前記グラフは、金属プレートの厚さT1を表皮深さdで正規化した値の自然対数を横軸にとり、誘電体基材と同じ面積の金属プレートの反射量を100(リファレンス)としたときのパターニング金属プレートでの減衰量を縦軸にとり、両者の相関を図に表したものである。
電磁波減衰フィルムの吸収量が10dB以上を良好な減衰量を示す目安とすると、表4及び図23から図27から明らかなように、周波数35GHz~50GHzの帯域において、-2.0 ≦ ln(T1/d) ≦ -0.5を満たすものが良好な減衰量を得られることが示された。
なお、10dB程度の良好な減衰特性は、実施例2Aで使用したパラメータの数値に限られるものでなく、ある程度の幅をもつ構成において実現し得ることは当然期待し得る。例えば金属プレートの幅W1として1.7mm~2.3mm、隣接する金属プレート間の距離W3として0.9mm~1.2mm、誘電体基材の厚さH1として5μm~300μm、平板インダクタの厚さT2として0.5μm~5mmの構成についても10dB程度の良好な減衰特性を期待し得る。
なお、10dB程度の良好な減衰特性は、実施例2Aで使用したパラメータの数値に限られるものでなく、ある程度の幅をもつ構成において実現し得ることは当然期待し得る。例えば金属プレートの幅W1として1.7mm~2.3mm、隣接する金属プレート間の距離W3として0.9mm~1.2mm、誘電体基材の厚さH1として5μm~300μm、平板インダクタの厚さT2として0.5μm~5mmの構成についても10dB程度の良好な減衰特性を期待し得る。
(実施例2B)
実施例2Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートの総面積が誘電体基材のXY平面の総面積に占める割合を変えて設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、幅W1は2.0mm、厚さT1は149.2nmに設定し、金属プレート間の距離W3を調節することで金属面積の割合を変更した。
シミュレーションの結果を表6および図28で説明する。図28は、実施例2Bの39GHzにおける金属面積の割合に応じた電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(b)は減衰特性を示す。
電磁波減衰フィルムの吸収量が10dB以上を良好な減衰量を示す目安とすると、表6及び図28から、実施例2Bにおいて、金属面積の割合が20%以上であると良好な減衰量を得られることが示された。
実施例2Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートの総面積が誘電体基材のXY平面の総面積に占める割合を変えて設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、幅W1は2.0mm、厚さT1は149.2nmに設定し、金属プレート間の距離W3を調節することで金属面積の割合を変更した。
シミュレーションの結果を表6および図28で説明する。図28は、実施例2Bの39GHzにおける金属面積の割合に応じた電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(b)は減衰特性を示す。
(実施例2C)
実施例2Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートを図6と同様のパターン配列で配置し、その形状を正方形以外の形状に変え、さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、電磁波の減衰特性のシミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、厚さT1は149nmに設定した。
実施例2Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートを図6と同様のパターン配列で配置し、その形状を正方形以外の形状に変え、さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、電磁波の減衰特性のシミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、厚さT1は149nmに設定した。
[円形状]
図29は、実施例2Cにおいて金属プレートが円形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でR1は円形状の半径を表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は円形状の中心間の距離を表す。(c)はR1とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、43GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図29は、実施例2Cにおいて金属プレートが円形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でR1は円形状の半径を表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は円形状の中心間の距離を表す。(c)はR1とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、43GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[長方形状]
図30は、実施例2Cにおいて金属プレートが長方形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW7は長方形状の長辺の長さ、W8は短辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は長方形状の中心間の距離を表す。(c)はW7,W8とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、39.4GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図30は、実施例2Cにおいて金属プレートが長方形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW7は長方形状の長辺の長さ、W8は短辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は長方形状の中心間の距離を表す。(c)はW7,W8とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、39.4GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[六角形状]
図31は、実施例2Cにおいて金属プレートが六角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW9は六角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は六角形状の中心間の距離を表す。(c)はW9とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、36GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図31は、実施例2Cにおいて金属プレートが六角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW9は六角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は六角形状の中心間の距離を表す。(c)はW9とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、36GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[凸形状]
図32は、実施例2Cにおいて金属プレートが凸形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W10は凸形状の内突起している上部の上辺の長さ、W11は凸形状の下部の下辺の長さ、W15は前記上部の側辺の長さ、W16は前記下部の側辺の長さを表す。凸形状は前記上部の上辺と前記下部の下辺の中点を結ぶ直線に対し左右対称である。また前記下部の下辺と、前記下部の左右の側辺と、前記上部の上辺に接し、凸形状を囲む長方形状の中心を、本凸形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は凸形状の中心間の距離を表す。(c)はW10、W11、W15、W16とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、35GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図32は、実施例2Cにおいて金属プレートが凸形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W10は凸形状の内突起している上部の上辺の長さ、W11は凸形状の下部の下辺の長さ、W15は前記上部の側辺の長さ、W16は前記下部の側辺の長さを表す。凸形状は前記上部の上辺と前記下部の下辺の中点を結ぶ直線に対し左右対称である。また前記下部の下辺と、前記下部の左右の側辺と、前記上部の上辺に接し、凸形状を囲む長方形状の中心を、本凸形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は凸形状の中心間の距離を表す。(c)はW10、W11、W15、W16とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、35GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[三角形状]
図33は、実施例2Cにおいて金属プレートが三角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW12は正三角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は三角形状の中心間の距離を表す。(c)はW12とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、44.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図33は、実施例2Cにおいて金属プレートが三角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW12は正三角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は三角形状の中心間の距離を表す。(c)はW12とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、44.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[十字形状]
図34は、実施例2Cにおいて金属プレートが十字形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。十字形状は上下左右に対称で90度の回転に対しても対称である。W13は十字の外側の上下と左右で互いに対向する辺の長さ、W14は前記外側の上下と左右で互いに対向する辺に接して十字形状を囲む正方形の一辺の長さを表す。また当該正方形の中心を、本十字形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は十字形状の中心間の距離を表す。(c)はW13、W14とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、35.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図34は、実施例2Cにおいて金属プレートが十字形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。十字形状は上下左右に対称で90度の回転に対しても対称である。W13は十字の外側の上下と左右で互いに対向する辺の長さ、W14は前記外側の上下と左右で互いに対向する辺に接して十字形状を囲む正方形の一辺の長さを表す。また当該正方形の中心を、本十字形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は十字形状の中心間の距離を表す。(c)はW13、W14とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、35.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[ループ形状の変形例]
図35Aは、実施例2Cにおいて金属プレートがループ形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W5は外側の正方形の一辺の長さ、W6は内側の正方形の一辺の長さを表す。外側と内側の正方形の中心は一致しており、ループ形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4はループ形状の中心間の距離を表す。(c)はW5、W6とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、42.8GHz付近で吸収量のピークがみられたが10dBの減衰量は得られなかった。
そこで同様の形状と配列をもつ電磁波減衰フィルムを2層重ねたフィルムを用いて電磁波減衰特性をシミュレーションした。図35Bは、実施例2Cにおいて金属プレートがループ形状の電磁波減衰フィルムを2層重ねた変形例の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は本変形例に係る電磁波減衰フィルムの構成を示す。図35Aで用いた誘電基材と金属プレートを2層重ね、下層の誘電基材に平板インダクタを設けた。H1は上層の誘電基材の厚さ、H2は下層の誘電基材の厚さを表す。(b)はH1とH2の寸法を表す。(c)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、44.4GHz付近で良好な減衰特性が表れた。
図35Aは、実施例2Cにおいて金属プレートがループ形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W5は外側の正方形の一辺の長さ、W6は内側の正方形の一辺の長さを表す。外側と内側の正方形の中心は一致しており、ループ形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4はループ形状の中心間の距離を表す。(c)はW5、W6とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、42.8GHz付近で吸収量のピークがみられたが10dBの減衰量は得られなかった。
そこで同様の形状と配列をもつ電磁波減衰フィルムを2層重ねたフィルムを用いて電磁波減衰特性をシミュレーションした。図35Bは、実施例2Cにおいて金属プレートがループ形状の電磁波減衰フィルムを2層重ねた変形例の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は本変形例に係る電磁波減衰フィルムの構成を示す。図35Aで用いた誘電基材と金属プレートを2層重ね、下層の誘電基材に平板インダクタを設けた。H1は上層の誘電基材の厚さ、H2は下層の誘電基材の厚さを表す。(b)はH1とH2の寸法を表す。(c)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、44.4GHz付近で良好な減衰特性が表れた。
(実施例2D)
誘電体基材として、厚さ50μm、一辺14cmの正方形PETフィルムを準備した。誘電体基材の一方の面全体に真空蒸着法を用いて厚さ100nmのアルミニウムの薄膜導電層を形成した。その後、マスクを用いて、X座標、Y座標共に一定の間で金属プレートが形成されるよう薄膜導電層をエッチングした。もう一方の面には、接着層を用いてアルミニウムの平板インダクタを貼り合せた。また、この構成でシミュレーションを行った。
以上が第二実施形態に係る実施例2Dの製造手順である。実施例2Dのパラメータは以下の通りである。
金属プレートの幅W1:1.519mm~2.764mmの範囲を0.083mm毎に16等分した長さの幅の16種類の金属プレートを、同じ0.1mm間隔で同じ向きで4×4のマトリクス状に配置し、金属プレートセットとした。この金属プレートセットを0.1mmの間隔で、同じ向きで複数配置した。またそれぞれの金属プレートセットはすべて同じものとした。つまり、それぞれの金属プレートセットを構成する金属プレートは、それぞれの金属プレートセット間で差異はない。
隣接する金属プレート間の距離W3:0.1mm
金属プレートの厚さT1:149nm
平板インダクタの厚さT2:約2mm
誘電体基材の厚さH1:50μm
また、実験結果による減衰のメカニズムの妥当性を検討するため、この構成を用いてシミュレーションを行った。
誘電体基材として、厚さ50μm、一辺14cmの正方形PETフィルムを準備した。誘電体基材の一方の面全体に真空蒸着法を用いて厚さ100nmのアルミニウムの薄膜導電層を形成した。その後、マスクを用いて、X座標、Y座標共に一定の間で金属プレートが形成されるよう薄膜導電層をエッチングした。もう一方の面には、接着層を用いてアルミニウムの平板インダクタを貼り合せた。また、この構成でシミュレーションを行った。
以上が第二実施形態に係る実施例2Dの製造手順である。実施例2Dのパラメータは以下の通りである。
金属プレートの幅W1:1.519mm~2.764mmの範囲を0.083mm毎に16等分した長さの幅の16種類の金属プレートを、同じ0.1mm間隔で同じ向きで4×4のマトリクス状に配置し、金属プレートセットとした。この金属プレートセットを0.1mmの間隔で、同じ向きで複数配置した。またそれぞれの金属プレートセットはすべて同じものとした。つまり、それぞれの金属プレートセットを構成する金属プレートは、それぞれの金属プレートセット間で差異はない。
隣接する金属プレート間の距離W3:0.1mm
金属プレートの厚さT1:149nm
平板インダクタの厚さT2:約2mm
誘電体基材の厚さH1:50μm
また、実験結果による減衰のメカニズムの妥当性を検討するため、この構成を用いてシミュレーションを行った。
平板インダクタを含まない各実施例に係る電磁波減衰フィルムは、いずれも厚さ60μm程度、重量0.02g程度であり、薄くかつ軽量であった。したがって、携帯電話や車載レーダー等の筐体内において、電磁波による放射ノイズの影響を抑えたい部品等に貼り付けることも容易である。
シミュレーションでは、実施例2A~Dのいずれも、ミリ波帯の電磁波に対して良好な減衰を示した。実施例2Dのシミュレーションの結果を図36に示す。
シミュレーションでは、実施例2A~Dのいずれも、ミリ波帯の電磁波に対して良好な減衰を示した。実施例2Dのシミュレーションの結果を図36に示す。
(第二実施形態に係る実施例2Aにトップコート層を設けた変形例)
前記第二実施形態に係る実施例2Aにおいて、アルミニウムを用い、金属プレートの厚さT1を153nmとしたものに、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。トップコート層膜厚は6μmであった。
前記第二実施形態に係る実施例2Aにおいて、アルミニウムを用い、金属プレートの厚さT1を153nmとしたものに、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。トップコート層膜厚は6μmであった。
(比較例1)
トップコート層を設けず、電磁波減衰フィルムを実施例2Aに準じて作成した。
また、前記変形例及び比較例1で得た電磁波減衰フィルムをステンレス板に粘着剤を介し圧着し、サンシャインウエザーメータにて屋外暴露10年間相当の暴露を行ったのち、電磁波減衰フィルムの表面を綿布にて払拭してトップコート層、電磁波減衰層の残存状態、モノスタティックRCS減衰特性変化を調べた。
その結果、変形例の構成ではトップコート層、電磁波減衰層ともに劣化がなく、トップコート層の形成により、インピーダンスが整合されモノスタティックRCS減衰特性が向上していることが図37のように確認できた。
トップコート層を設けず、電磁波減衰フィルムを実施例2Aに準じて作成した。
また、前記変形例及び比較例1で得た電磁波減衰フィルムをステンレス板に粘着剤を介し圧着し、サンシャインウエザーメータにて屋外暴露10年間相当の暴露を行ったのち、電磁波減衰フィルムの表面を綿布にて払拭してトップコート層、電磁波減衰層の残存状態、モノスタティックRCS減衰特性変化を調べた。
その結果、変形例の構成ではトップコート層、電磁波減衰層ともに劣化がなく、トップコート層の形成により、インピーダンスが整合されモノスタティックRCS減衰特性が向上していることが図37のように確認できた。
[57GHz~90GHz]
(実施例3A)
式4で述べた一般論に対し、ミリ波帯中の特定の周波数帯において、好ましい電磁波の減衰を示す金属プレートの厚さTと表皮深さdの関係式ln(T/d)の範囲を見出すことができたので以下に説明する。
57GHz~90GHzの帯域で実施したシミュレーションについて説明する。誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートをX座標、Y座標共に一定の間隔で設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。
周波数57GHz、66GHz、71GHz、81GHz、86GHz、90GHzに対して各金属種ごとに電磁波の減衰とln(T1/d)の関係についてシミュレーションを行った。
(実施例3A)
式4で述べた一般論に対し、ミリ波帯中の特定の周波数帯において、好ましい電磁波の減衰を示す金属プレートの厚さTと表皮深さdの関係式ln(T/d)の範囲を見出すことができたので以下に説明する。
57GHz~90GHzの帯域で実施したシミュレーションについて説明する。誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートをX座標、Y座標共に一定の間隔で設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。
周波数57GHz、66GHz、71GHz、81GHz、86GHz、90GHzに対して各金属種ごとに電磁波の減衰とln(T1/d)の関係についてシミュレーションを行った。
シミュレーションの結果を表7、表8および図38から図43で説明する。図38は、実施例3Aの57GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図39は、実施例3Aの66GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図40は、実施例3Aの71GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図41は、実施例3Aの81GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図42は、実施例3Aの86GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図43は、実施例3Aの90GHzにおける電磁波減衰特性を示すグラフである。図38~43において、(a)はアドミタンスと表皮深さの値を示し、(b)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(c)~(e)はそれぞれ銀、銅、アルミニウムの減衰特性のグラフを示す。前記グラフは、金属プレートの厚さT1を表皮深さdで正規化した値の自然対数を横軸にとり、誘電体基材と同じ面積の金属プレートの反射量を100(リファレンス)としたときのパターニング金属プレートでの減衰量を縦軸にとり、両者の相関を図に表したものである。
電磁波減衰フィルムの吸収量が10dB以上を良好な減衰量を示す目安とすると、表7及び図38から図43から明らかなように、周波数57GHz~90GHzの帯域において、-2.5 ≦ ln(T1/d) ≦ -1.0を満たすものが良好な減衰量を得られることが示された。
なお、10dB程度の良好な減衰特性は、実施例3Aで使用したパラメータの数値に限られるものでなく、ある程度の幅をもつ構成において実現し得ることは当然期待し得る。例えば金属プレートの幅W1として0.9mm~1.4mm、隣接する金属プレート間の距離W3として0.5mm~0.7mm、誘電体基材の厚さH1であれば5μm~300μm、平板インダクタの厚さT2であれば0.5μm~5mmの構成についても10dB程度の良好な減衰特性を期待し得る。
なお、10dB程度の良好な減衰特性は、実施例3Aで使用したパラメータの数値に限られるものでなく、ある程度の幅をもつ構成において実現し得ることは当然期待し得る。例えば金属プレートの幅W1として0.9mm~1.4mm、隣接する金属プレート間の距離W3として0.5mm~0.7mm、誘電体基材の厚さH1であれば5μm~300μm、平板インダクタの厚さT2であれば0.5μm~5mmの構成についても10dB程度の良好な減衰特性を期待し得る。
(実施例3B)
実施例3Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートの総面積が誘電体基材のXY平面の総面積に占める割合を変えて設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、幅W1は1.0mm、厚さT1は80nmに設定し、金属プレート間の距離W3を調節することで金属面積の割合を変更した。
シミュレーションの結果を表9および図44で説明する。図44は、実施例3Bの81GHzにおける金属面積の割合に応じた電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(b)は減衰特性を示す。
電磁波減衰フィルムの吸収量が10dB以上を良好な減衰量を示す目安とすると、表9及び図44から、実施例3Bにおいて、金属面積の割合が10~40%付近で良好な減衰量を得られることが示された。
実施例3Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートの総面積が誘電体基材のXY平面の総面積に占める割合を変えて設定した。さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、シミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、幅W1は1.0mm、厚さT1は80nmに設定し、金属プレート間の距離W3を調節することで金属面積の割合を変更した。
シミュレーションの結果を表9および図44で説明する。図44は、実施例3Bの81GHzにおける金属面積の割合に応じた電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は電磁波減衰フィルムの構成を示し、(b)は減衰特性を示す。
(実施例3C)
実施例3Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートを図6と同様のパターン配列で配置し、その形状を正方形以外の形状に変え、さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、電磁波の減衰特性のシミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、厚さT1は80nmに設定した。
実施例3Aと同様に、誘電体基材として、厚さ(H1)50μmのPETフィルム、その一方の面に薄膜導電層である金属プレートを図6と同様のパターン配列で配置し、その形状を正方形以外の形状に変え、さらに誘電体基材のもう一方の面には、厚さ(T2)約2mmのアルミニウムの平板インダクタを設定し、電磁波の減衰特性のシミュレーションを行った。金属プレートは、金属種としてアルミニウムを用い、厚さT1は80nmに設定した。
[長方形状]
図45は、実施例3Cにおいて金属プレートが長方形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW7は長方形状の長辺の長さ、W8は短辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は長方形状の中心間の距離を表す。(c)はW7,W8とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、82.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図45は、実施例3Cにおいて金属プレートが長方形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW7は長方形状の長辺の長さ、W8は短辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は長方形状の中心間の距離を表す。(c)はW7,W8とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、82.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[六角形状]
図46は、実施例3Cにおいて金属プレートが六角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW9は六角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は六角形状の中心間の距離を表す。(c)はW9とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、71.2GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図46は、実施例3Cにおいて金属プレートが六角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW9は六角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は六角形状の中心間の距離を表す。(c)はW9とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、71.2GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[凸形状]
図47は、実施例3Cにおいて金属プレートが凸形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W10は凸形状の内突起している上部の上辺の長さ、W11は凸形状の下部の下辺の長さ、W15は前記上部の側辺の長さ、W16は前記下部の側辺の長さを表す。凸形状は前記上部の上辺と前記下部の下辺の中点を結ぶ直線に対し左右対称である。また前記下部の下辺と、前記下部の左右の側辺と、前記上部の上辺に接し、凸形状を囲む長方形状の中心を、本凸形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は凸形状の中心間の距離を表す。(c)はW10、W11、W15、W16とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、87GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図47は、実施例3Cにおいて金属プレートが凸形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。W10は凸形状の内突起している上部の上辺の長さ、W11は凸形状の下部の下辺の長さ、W15は前記上部の側辺の長さ、W16は前記下部の側辺の長さを表す。凸形状は前記上部の上辺と前記下部の下辺の中点を結ぶ直線に対し左右対称である。また前記下部の下辺と、前記下部の左右の側辺と、前記上部の上辺に接し、凸形状を囲む長方形状の中心を、本凸形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は凸形状の中心間の距離を表す。(c)はW10、W11、W15、W16とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、87GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[三角形状]
図48は、実施例3Cにおいて金属プレートが三角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW12は正三角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は三角形状の中心間の距離を表す。(c)はW12とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、80.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図48は、実施例3Cにおいて金属プレートが三角形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状でW12は正三角形状の一辺の長さを表す。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は三角形状の中心間の距離を表す。(c)はW12とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、80.8GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
[十字形状]
図49は、実施例3Cにおいて金属プレートが十字形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。十字形状は上下左右に対称で90度の回転に対しても対称である。W13は十字の外側の上下と左右で互いに対向する辺の長さ、W14は前記外側の上下と左右で互いに対向する辺に接して十字形状を囲む正方形の一辺の長さを表す。また当該正方形の中心を、本十字形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は十字形状の中心間の距離を表す。(c)はW13、W14とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、90GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
図49は、実施例3Cにおいて金属プレートが十字形状の電磁波減衰特性を示すグラフである。(a)は金属プレートの形状を表す。十字形状は上下左右に対称で90度の回転に対しても対称である。W13は十字の外側の上下と左右で互いに対向する辺の長さ、W14は前記外側の上下と左右で互いに対向する辺に接して十字形状を囲む正方形の一辺の長さを表す。また当該正方形の中心を、本十字形状の中心とする。(b)は本実施例において図6のII-II線を通る配列パターン近傍の一部拡大図で、W4は十字形状の中心間の距離を表す。(c)はW13、W14とW4の寸法を表す。(d)は周波数を横軸にとった減衰特性を示す。
シミュレーション結果から、90GHz付近で吸収量が10dB以上の良好な減衰特性が表れた。
(実施例3D)
誘電体基材として、厚さ50μm、一辺14cmの正方形PETフィルムを準備した。誘電体基材の一方の面全体に真空蒸着法を用いて厚さ100nmのアルミニウムの薄膜導電層を形成した。その後、マスクを用いて、X座標、Y座標共に一定の間で金属プレートが形成されるよう薄膜導電層をエッチングした。もう一方の面には、接着層を用いてアルミニウムの平板インダクタを貼り合せた。また、この構成でシミュレーションを行った。
以上が第二実施形態に係る実施例3Dの製造手順である。実施例3Dのパラメータは以下の通りである。
金属プレートの幅W1:1.025mm~0.9mmの範囲を0.083mm毎に16等分した長さの幅の16種類の金属プレートを、同じ0.1mm間隔で同じ向きで4×4のマトリクス状に配置し、金属プレートセットとした。この金属プレートセットを0.1mmの間隔で、同じ向きで複数配置した。またそれぞれの金属プレートセットはすべて同じものとした。つまり、それぞれの金属プレートセットを構成する金属プレートは、それぞれの金属プレートセット間で差異はない。
隣接する金属プレート間の距離W3:0.1mm
金属プレートの厚さT1:80nm
平板インダクタの厚さT2:約2mm
誘電体基材の厚さH1:50μm
また、実験結果による減衰のメカニズムの妥当性を検討するため、この構成を用いてシミュレーションを行った。
誘電体基材として、厚さ50μm、一辺14cmの正方形PETフィルムを準備した。誘電体基材の一方の面全体に真空蒸着法を用いて厚さ100nmのアルミニウムの薄膜導電層を形成した。その後、マスクを用いて、X座標、Y座標共に一定の間で金属プレートが形成されるよう薄膜導電層をエッチングした。もう一方の面には、接着層を用いてアルミニウムの平板インダクタを貼り合せた。また、この構成でシミュレーションを行った。
以上が第二実施形態に係る実施例3Dの製造手順である。実施例3Dのパラメータは以下の通りである。
金属プレートの幅W1:1.025mm~0.9mmの範囲を0.083mm毎に16等分した長さの幅の16種類の金属プレートを、同じ0.1mm間隔で同じ向きで4×4のマトリクス状に配置し、金属プレートセットとした。この金属プレートセットを0.1mmの間隔で、同じ向きで複数配置した。またそれぞれの金属プレートセットはすべて同じものとした。つまり、それぞれの金属プレートセットを構成する金属プレートは、それぞれの金属プレートセット間で差異はない。
隣接する金属プレート間の距離W3:0.1mm
金属プレートの厚さT1:80nm
平板インダクタの厚さT2:約2mm
誘電体基材の厚さH1:50μm
また、実験結果による減衰のメカニズムの妥当性を検討するため、この構成を用いてシミュレーションを行った。
平板インダクタを含まない各実施例に係る電磁波減衰フィルムは、いずれも厚さ60μm程度、重量0.02g程度であり、薄くかつ軽量であった。したがって、携帯電話や車載レーダー等の筐体内において、電磁波による放射ノイズの影響を抑えたい部品等に貼り付けることも容易である。
シミュレーションでは、実施例3A~Dのいずれも、ミリ波帯の電磁波に対して良好な減衰を示した。また、実測では減衰率が得られ、本構成の有効性が確認された。シミュレーションでの各種パラメータやマクスウェル方程式に基づく減衰以外の影響と考えられる実験結果との差異はあるものの、同様の減衰の傾向が見られることから、本発明の実施形態でのメカニズムは妥当と考えられる。また、シミュレーションと実測では、減衰率の差異はあるが同様の傾向が得られ、減衰中心周波数を適宜設定可能であることが示された。
実施例3A、3Dそれぞれのシミュレーション結果および実測結果におけるモノスタティックRCS減衰特性を、それぞれ図50および図51示す。実施例3Aには、金属プレートの幅W1が1.0mm、隣接する金属プレート間の距離W3が0.5mm、金属プレートの厚さT1が100nmのアルミニウムを用いた。なお、実測の手順は以下の通りである。
同一寸法の金属板を2枚用意し、一方に各実施例の電磁波減衰フィルムを、全体を覆うように貼り付けた。電波暗室内で、電磁波減衰フィルムを貼り付けた金属板と、貼り付けない金属板とにそれぞれ電波を照射し、反射した電波の量をネットワークアナライザ(KEYSIGHT社製 Model E5071C)を用いて計測した。電磁波減衰フィルムを貼り付けない金属板の反射量を100(リファレンス)としてモノスタティックRCS減衰量を評価した。
シミュレーションでは、実施例3A~Dのいずれも、ミリ波帯の電磁波に対して良好な減衰を示した。また、実測では減衰率が得られ、本構成の有効性が確認された。シミュレーションでの各種パラメータやマクスウェル方程式に基づく減衰以外の影響と考えられる実験結果との差異はあるものの、同様の減衰の傾向が見られることから、本発明の実施形態でのメカニズムは妥当と考えられる。また、シミュレーションと実測では、減衰率の差異はあるが同様の傾向が得られ、減衰中心周波数を適宜設定可能であることが示された。
実施例3A、3Dそれぞれのシミュレーション結果および実測結果におけるモノスタティックRCS減衰特性を、それぞれ図50および図51示す。実施例3Aには、金属プレートの幅W1が1.0mm、隣接する金属プレート間の距離W3が0.5mm、金属プレートの厚さT1が100nmのアルミニウムを用いた。なお、実測の手順は以下の通りである。
同一寸法の金属板を2枚用意し、一方に各実施例の電磁波減衰フィルムを、全体を覆うように貼り付けた。電波暗室内で、電磁波減衰フィルムを貼り付けた金属板と、貼り付けない金属板とにそれぞれ電波を照射し、反射した電波の量をネットワークアナライザ(KEYSIGHT社製 Model E5071C)を用いて計測した。電磁波減衰フィルムを貼り付けない金属板の反射量を100(リファレンス)としてモノスタティックRCS減衰量を評価した。
(第二実施形態に係る実施例3Aにトップコート層を設けた変形例)
前記第二実施形態に係る実施例3Aにおいて、アルミニウムを用い、金属プレートの厚さT1を80nmとしたものに、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。トップコート層膜厚は6μmであった。
前記第二実施形態に係る実施例3Aにおいて、アルミニウムを用い、金属プレートの厚さT1を80nmとしたものに、以下の手順で製造したトップコート層200を設け電磁波減衰フィルムを作成した。
メチルメタクリレートモノマー80質量部とシクロヘキシルメタクリレート20質量部の混合物からなるアクリル系樹脂組成物を主成分とし、ここに、そのアクリル系樹脂組成物の固形分を100質量部として、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤((株)ADEKA製「アデカスタブLA-46」)を6質量部、別の組成のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン479」)を6質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン329」)を3質量部、ヒンダートアミン系ラジカル補足剤(チバスペシャルティケミカルズ(株)製「チヌビン292」)を5質量部添加し、さらに固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量33質量部の主剤溶液と、固形分調整用に酢酸エチル溶剤を添加した固形分量75質量部ヘキサメチレンジイソシアネート型硬化剤溶液とを、主剤溶液と硬化剤溶液の比率が10:1(この時の主剤溶液中の水酸基数と硬化剤溶液中のイソシアネート基数の比率は1:2)となるように混合し、さらに溶剤成分として酢酸エチルを添加して固形分量を20質量部に調整した塗工液を、溶剤揮発後の厚さで6μmとなるように塗工し、トップコート層200を得た。トップコート層膜厚は6μmであった。
(比較例1)
トップコート層を設けず、電磁波減衰フィルムを実施例3Aに準じて作成した。
また、前記変形例及び比較例1で得た電磁波減衰フィルムをステンレス板に粘着剤を介し圧着し、サンシャインウエザーメータにて屋外暴露10年間相当の暴露を行ったのち、電磁波減衰フィルムの表面を綿布にて払拭してトップコート層、電磁波減衰層の残存状態、モノスタティックRCS減衰特性変化を調べた。
その結果、変形例の構成ではトップコート層、電磁波減衰層ともに劣化がなく、トップコート層の形成により、インピーダンスが整合されモノスタティックRCS減衰特性が向上していることが図52のように確認できた。
トップコート層を設けず、電磁波減衰フィルムを実施例3Aに準じて作成した。
また、前記変形例及び比較例1で得た電磁波減衰フィルムをステンレス板に粘着剤を介し圧着し、サンシャインウエザーメータにて屋外暴露10年間相当の暴露を行ったのち、電磁波減衰フィルムの表面を綿布にて払拭してトップコート層、電磁波減衰層の残存状態、モノスタティックRCS減衰特性変化を調べた。
その結果、変形例の構成ではトップコート層、電磁波減衰層ともに劣化がなく、トップコート層の形成により、インピーダンスが整合されモノスタティックRCS減衰特性が向上していることが図52のように確認できた。
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。以下にいくつか変更を例示するが、これらはすべてではなく、それ以外の変更も可能である。これらの変更が2以上適宜組み合わされてもよい。
第一実施形態においては、周波数帯域や金属プレートの金属種など第二実施形態で用いられた態様を適宜用いることができる。
第一実施形態においては、第二領域の金属層が省略され、金属プレートのみが形成されてもよい。
本発明において、平板インダクタの態様は、背面の全面に形成するものに限られない。例えば、前面と同様に複数の金属プレートを配置してもよいし、格子状にしてもよい。
本発明において、金属プレートの形状は正方形に限られず、円形(楕円を含む)、正方形以外の多角形、角部が丸められた各種多角形、不定形など、さまざまに設定できる。
前面の投影面積に占める金属プレートの総面積は、20%以上であることが好ましい。
このようにすると、効率良く電磁波を減衰することができる。
前面の投影面積に占める金属プレートの総面積は、20%以上であることが好ましい。
このようにすると、効率良く電磁波を減衰することができる。
本発明に係る電磁波減衰フィルムは、複数枚を積層して使用することができる。積層する複数枚の構造パラメータを異ならせることで、より詳細に減衰性を調節することが可能となる。
第一実施形態において、第一領域と第二領域との高低が逆転してもよい。この場合、金属プレートが相対的に高い位置にあり、サポートケージが相対的に低い位置にある。
本発明に係る電磁波減衰フィルムにおいて、背面に平板インダクタを備えない構成がありうる。例えば、背面を接合する対象が金属であれば、平板インダクタを備えなくても接合対象の金属面により第二および第三のメカニズムが問題なく発揮される。このような場合は、背面に対象物に接合可能な粘着層等の貼合層を備えればよい。
本発明に係る電磁波減衰フィルムにおいて、構造周期や金属プレートの寸法等のパラメータは、すべての部位で完全に一致していることを必須としない。例えば、製造過程における公差の範囲(概ね上下5%程度)内で上記パラメータが変化している場合も、本発明においては、「同形同大」に含まれる。また「所定範囲の値」は、規則性のある値の範囲とできる。この規則性は、ガウシアン分布、二項分布、一定区画内で等頻度となるランダム分布または疑似ランダム分布、製造過程における公差の範囲とできる。
サポートケージは、隙間を空けて配置された複数の導電性セグメントで構成されてもよい。この場合の隙間は、捕捉したい電磁波の波長の1/10以下とできる。複数の導電性セグメントでサポートケージを構成できる。言い換えると、サポートケージは、複数の導電性セグメントからなってもよい。
本発明に関わる電磁波減衰フィルムにおいて、支持基材に剥離層を設けたのちに、第一実施形態および第2実施形態の電磁波減衰フィルムを設け、さらに接着剤・粘着剤等を設けて、転写箔としてもよい。
具体的には、支持基材の上に剥離層を塗布乾燥させた上に、下地層を設ける。第一実施形態の構成とする場合は、下地層に凹凸を付与し、薄膜導電層を蒸着にて設ける。その後、第二領域の側面に形成された薄膜導電層を除去し、誘電体基材となる層を設ける。誘電体基材の上に、平板インダクタ、接着剤の順に積層することで転写箔とすることができる。第二実施形態の構成とする場合には、下地層に薄膜導電層を設け、金属プレートの形状にマスク層をパターンで印刷する。その後、エッチングにより余分な薄膜導電層を除去することで金属プレートとすることができる。さらに、誘電体基材、平板インダクタ、接着剤の順に積層することで転写箔とすることができる。金属筐体等に転写する場合は、平板インダクタの層を省いても構わない。
転写箔とすることで、さらなる薄膜化をすることが可能となり、さらに追従性を向上させることが可能となり、複雑な形状にも転写することが可能であり、本発明の電磁波減衰フィルムの適用範囲を広くすることが可能となる。
具体的には、支持基材の上に剥離層を塗布乾燥させた上に、下地層を設ける。第一実施形態の構成とする場合は、下地層に凹凸を付与し、薄膜導電層を蒸着にて設ける。その後、第二領域の側面に形成された薄膜導電層を除去し、誘電体基材となる層を設ける。誘電体基材の上に、平板インダクタ、接着剤の順に積層することで転写箔とすることができる。第二実施形態の構成とする場合には、下地層に薄膜導電層を設け、金属プレートの形状にマスク層をパターンで印刷する。その後、エッチングにより余分な薄膜導電層を除去することで金属プレートとすることができる。さらに、誘電体基材、平板インダクタ、接着剤の順に積層することで転写箔とすることができる。金属筐体等に転写する場合は、平板インダクタの層を省いても構わない。
転写箔とすることで、さらなる薄膜化をすることが可能となり、さらに追従性を向上させることが可能となり、複雑な形状にも転写することが可能であり、本発明の電磁波減衰フィルムの適用範囲を広くすることが可能となる。
上述した実施形態および変更によれば、以下に記載の付記を導くことが可能である。
[付記1]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の金属プレートを含み、
前記金属プレートの厚さTが、1000nm以下である、
電磁波減衰フィルム。
[付記2]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の金属プレートを含み、
前記金属プレートの厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(2)を満たす、
電磁波減衰フィルム。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 0 …(2)
[付記3]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の金属プレートを含み、
前記誘電体層は、前記前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二
領域とからなる凹凸を有し、
前記第一領域は、離散して配置され、
前記第二領域は、複数の前記第一領域間に配置され、
前記金属プレートは、前記第一領域に配置され、
前記金属プレートの厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(2)を満たす、
電磁波減衰フィルム。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 0 …(2)
[付記4]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記誘電体層は、前記前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二
領域とからなる凹凸を有し、
前記薄膜導電層は、前記第一領域に配置された複数の金属プレートと、前記第一領域に
配置されたサポートケージとを含み、
前記第一領域は、離散して配置され、
前記第二領域は、複数の前記第一領域間に配置されている、
電磁波減衰フィルム。
[付記1]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の金属プレートを含み、
前記金属プレートの厚さTが、1000nm以下である、
電磁波減衰フィルム。
[付記2]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の金属プレートを含み、
前記金属プレートの厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(2)を満たす、
電磁波減衰フィルム。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 0 …(2)
[付記3]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記薄膜導電層は、複数の金属プレートを含み、
前記誘電体層は、前記前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二
領域とからなる凹凸を有し、
前記第一領域は、離散して配置され、
前記第二領域は、複数の前記第一領域間に配置され、
前記金属プレートは、前記第一領域に配置され、
前記金属プレートの厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(2)を満たす、
電磁波減衰フィルム。
-2 ≦ ln(T/d) ≦ 0 …(2)
[付記4]
前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタまたは貼合層と、
を備え、
前記誘電体層は、前記前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二
領域とからなる凹凸を有し、
前記薄膜導電層は、前記第一領域に配置された複数の金属プレートと、前記第一領域に
配置されたサポートケージとを含み、
前記第一領域は、離散して配置され、
前記第二領域は、複数の前記第一領域間に配置されている、
電磁波減衰フィルム。
上記実施例では、電磁波の減衰について検討しているが、特定の電磁波を減衰する導体は、電波を受信するアンテナとなることが知られている。したがって、上述した実施形態は、受信アンテナとしても使用できる。また、上述した実施形態では、2次元の系に運動量がゼロの量子が捉えられることから、金属プレートの量子状態でデータの演算や記録を行う素子として用いることも可能と考えられる。
上述のように、本発明の実施形態は、電磁波との相互作用のメカニズムが従来技術と異なるため、同等のメカニズムを発現する製品は、本発明の実施形態を実質的に用いたものであると捉えるべきである。
1、61 電磁波減衰フィルム
10、62 誘電体基材
10a、62a 前面
10b、62b 背面
30 薄膜導電層
30A 金属プレート
50 平板インダクタ
200 トップコート層
121 第一領域
122 第二領域
10、62 誘電体基材
10a、62a 前面
10b、62b 背面
30 薄膜導電層
30A 金属プレート
50 平板インダクタ
200 トップコート層
121 第一領域
122 第二領域
Claims (15)
- 前面および背面を有する誘電体基材と、
前記前面に配置された薄膜導電層と、
前記背面に配置された平板インダクタと、
を備え、
前記薄膜導電層は、離散して配置される複数の金属プレートを含む、
ミリ波の特定の周波数帯域で用いられる電磁波減衰フィルム - 前記金属プレートの厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(1)を満たす、
周波数27GHz~34GHz帯域で用いる、請求項1に記載の電磁波減衰フィルム。
-1.0 ≦ ln(T/d) ≦ 0.0 …(1) - 前記金属プレートの厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(2)を満たす、
周波数35GHz~50GHz帯域で用いる、請求項1に記載の電磁波減衰フィルム。
-2.0 ≦ ln(T/d) ≦ -0.5 …(2) - 前記金属プレートの厚さをT、表皮深さをd、としたときに下記式(3)を満たす、
周波数57GHz~90GHz帯域で用いる、請求項1に記載の電磁波減衰フィルム。
-2.5 ≦ ln(T/d) ≦ -1.0 …(3) - 前記誘電体基材は、前記前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二領域とからなる凹凸を有し、
前記薄膜導電層は、前記第一領域に配置された複数の金属プレートを含み、
前記第一領域は、離散して配置され、
前記第二領域は、複数の前記第一領域間に配置されている、
周波数27GHz~34GHz帯域で用いる、請求項1に記載の電磁波減衰フィルム。 - 前記誘電体基材は、前記前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二領域とからなる凹凸を有し、
前記薄膜導電層は、前記第一領域に配置された複数の金属プレートを含み、
前記第一領域は、離散して配置され、
前記第二領域は、複数の前記第一領域間に配置されている、
周波数35GHz~50GHz帯域で用いる、請求項1に記載の電磁波減衰フィルム。 - 前記誘電体基材は、前記前面に、相対的に低い凹の部分の第一領域と、相対的に高い第二領域とからなる凹凸を有し、
前記薄膜導電層は、前記第一領域に配置された複数の金属プレートを含み、
前記第一領域は、離散して配置され、
前記第二領域は、複数の前記第一領域間に配置されている、
周波数57GHz~90GHz帯域で用いる、請求項1に記載の電磁波減衰フィルム。 - 前記薄膜導電層および前記平板インダクタは、前記誘電体基材の厚さ方向に離間している、請求項1から7のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記平板インダクタに替えて貼合層を備える、請求項1から8のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記金属プレートは、対向する一対の辺を有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記金属プレートの、対向する一対の辺の長さは、0.25mm以上、4mm以下である、請求項10に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記薄膜導電層上にトップコート層を備えていることを特徴とする、請求項1から
11のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。 - 前記トップコート層が、電磁波が伝搬する空気層とインピーダンス整合がとられていることを特徴とする、請求項12に記載の電磁波減衰フィルム。
- 前記金属プレートが、銀、銅、アルミニウムのいずれからなる、請求項1から13のいずれか一つに記載の電磁波減衰フィルム。
- 同形同大の複数の前記金属プレートが所定範囲の値の距離を空けて配置されている、請求項1から14のいずれか一項に記載の電磁波減衰フィルム。
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