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KR20120059938A - 무선 주파수 식별 태그 - Google Patents

무선 주파수 식별 태그 Download PDF

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KR20120059938A
KR20120059938A KR1020100121450A KR20100121450A KR20120059938A KR 20120059938 A KR20120059938 A KR 20120059938A KR 1020100121450 A KR1020100121450 A KR 1020100121450A KR 20100121450 A KR20100121450 A KR 20100121450A KR 20120059938 A KR20120059938 A KR 20120059938A
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KR
South Korea
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conductive
sensing element
conductive line
point
sensing
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Application number
KR1020100121450A
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English (en)
Inventor
양용석
유인규
구재본
Original Assignee
한국전자통신연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 무선 주파수 식별 태그에 관한 것이다. 본 발명의 무선 주파수 식별 태그는 절연층의 위 및 아래에 각각 형성된 도전층 및 도전 라인, 도전 라인의 일단에 연결된 안테나, 도전 라인의 타단에 연결된 저항, 도전 라인에 연결되고, 도전층 및 상기 절연층과 함께 제 1 커패시터를 구성하는 제 1 도전판, 및 도전 라인과 도전층 사이에 연결되고, 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는 제 1 감지 소자로 구성된다.

Description

무선 주파수 식별 태그{RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION TAG}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 더 상세하게는 무선 주파수 식별 태그에 관한 것이다.
무선 주파수 식별(RFID, Radio Frequency Identifier)은 RFID 리더 및 RFID 태그(tag) 사이에서 무선 주파수를 사용하여 정보를 교환하는 비접촉식 인식 시스템이다. RFID 리더는 RFID 태그를 향해 신호를 송신한다. RFID 태그는 RFID 리더로부터 송신된 신호를 수신한다. RFID 태그는 수신된 신호를 변조하여 RFID 리더에 재전송한다. RFID 리더는 RFID 태그로부터 수신된 변조 신호에 따라 후속 동작을 수행한다.
RFID는 능동형 RFID 방식과 수동형 RFID 방식으로 구분된다. 능동형 RFID 방식에 따르면, RFID 태그는 전원을 구비한다. RFID 태그는 내장된 전원을 사용하여 동작한다. 수동형 RFID 방식에 따르면, RFID 태그는 별도의 전원을 구비하지 않는다. RFID 리더는 RFID 태그에 비접촉식으로 에너지를 공급한다. RFID 태그는 RFID 리더로부터 공급되는 에너지를 사용하여 동작한다.
수동형 RFID 방식은 상호 유도 방식과 전자기파 방식을 포함한다. 상호 유도 방식은 저주파 RFID에서 주로 사용되는 기술이다. 상호 유도 방식에 따르면, RFID 리더는 RFID 태그에 자기장의 형태로 에너지를 전송한다. 전자기파 방식에 따르면, RFID 리더는 RFID 태그에 전자기파의 형태로 에너지를 전송한다.
본 발명의 목적은 낮은 복잡도를 갖는 무선 주파수 식별 태그를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 주파수 식별 태그는 절연층의 위 및 아래에 각각 형성된 도전층 및 도전 라인; 상기 도전 라인의 일단에 연결된 안테나; 상기 도전 라인의 타단에 연결된 저항; 상기 도전 라인에 연결되고, 상기 도전층 및 상기 절연층과 함께 제 1 커패시터를 구성하는 제 1 도전판; 및 상기 도전 라인과 상기 도전층 사이에 연결되고, 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는 제 1 감지 소자를 포함한다.
실시 예로서, 상기 제 1 도전판 및 상기 제 1 감지 소자는, 상기 도전 라인의 일단과 상기 타단 사이의 제 1 지점에서 상기 도전 라인과 연결된다.
실시 예로서, 상기 제 1 감지 소자는, 상기 도전 라인의 제 1 지점에 연결된 제 1 전극; 상기 절연층을 관통하는 컨택 플러그를 통해 상기 도전층과 연결된 제 2 전극; 및 상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 형성되고, 상기 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는 감지 물질을 포함한다.
실시 예로서, 상기 도전층을 덮는 제 1 보호층; 그리고 상기 안테나, 도전 라인, 저항, 및 제 1 감지 소자의 위에 형성되며, 상기 감지 물질을 노출하는 제 2 보호층을 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 감지 물질은 상기 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 저항값을 갖는다.
실시 예로서, 상기 감지 물질은 상기 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 유전율을 갖는다.
실시 예로서, 상기 제 1 감지 소자에 의해 상기 제 1 목표 물질이 검출되지 않을 때 상기 도전 라인의 제 1 지점에서 반사율이 최대가 되도록 상기 제 1 커패시터 및 제 1 감지 소자의 임피던스가 설정된다.
실시 예로서, 상기 안테나로부터 상기 도전 라인의 제 1 지점까지의 거리는 상기 무선 주파수 식별 태그에서 사용되는 무선 주파수의 파장의 k배(k는 0보다 큰 정수)이다.
실시 예로서, 상기 안테나로부터 상기 도전 라인의 제 1 지점까지의 거리는 상기 무선 주파수 식별 태그에서 사용되는 무선 주파수의 파장의 k배(k는 2의 제곱수의 역수)이다.
실시 예로서, 상기 도전 라인의 제 1 지점을 기준으로 상기 안테나의 반대 방향에 위치한 상기 도전 라인의 제 2 지점에 연결되고, 상기 도전층 및 상기 절연층과 함께 제 2 커패시터를 구성하는 제 2 도전판; 및 상기 도전 라인의 제 2 지점과 상기 도전층 사이에 연결되고, 제 2 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는 제 2 감지 소자를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 제 2 감지 소자에 의해 상기 목표 물질이 검출되지 않을 때 상기 도전 라인의 제 2 지점에서 반사율이 최대가 되도록 상기 제 2 커패시터 및 제 2 감지 소자의 임피던스가 설정된다.
본 발명에 의하면, 목표 물질의 검출에 따라 임피던스가 변화함으로써 후방산란(backscattering) 효과가 변화되는 무선 주파수 식별 태그가 제공된다. 따라서, 낮은 복잡도를 갖는 무선 주파수 식별 태그가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 무선 주파수 식별 태그를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 RFID 태그의 등가 회로를 보여주는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 RFID 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 4의 RFID 시스템에서 전송되는 송신파 및 반사파를 보여주는 타이밍도이다.
도 6은 보호층이 추가된 RFID 태그를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 RFID 태그의 등가 회로를 보여주는 회로도이다.
도 9는 도 8의 RFID 태그에서 수신되는 송신파 및 발생되는 반사파를 보여주는 타이밍도이다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 무선 주파수 식별(RFID) 태그(100)를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 절연층(110)이 제공된다. 예시적으로, 절연층(110)은 유리, 플라스틱, 종이 등을 포함할 수 있다. 절연층(110)은 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
절연층(110)의 아래에 도전층(120)이 형성된다. 도전층(120)은 RFID 태그(100)의 접지 노드로 동작할 수 있다.
절연층(110)의 위에 안테나(130)가 형성된다. 예시적으로, 안테나(130)는 13.56MHz의 주파수에 대응하는 안테나일 수 있다. 안테나(130)는 900MHz의 주파수에 대응하는 안테나일 수 있다.
절연층(110)의 위에 제 1 도전 라인(140)이 형성된다. 제 1 도전 라인(140)의 일 단은 안테나(140)에 연결된다. 제 1 도전 라인(140)은 절연층(110) 및 도전층(120)과 함께 마이크로스트립 라인을 구성한다.
제 1 감지 소자(150)가 제공된다. 제 1 감지 소자(150)는 제 1 도전 라인(140)의 제 1 지점(S1)에 연결된다. 제 1 감지 소자(150)는 제 1 도전 라인(140)의 제 1 지점(S1)에 연결되는 제 1 전극(151), 컨택 플러그(157)를 통해 도전층(120)과 연결되는 제 2 전극(153), 그리고 제 1 및 제 2 전극들(151, 153) 사이에 형성되는 감지 물질(155)을 포함한다.
감지 물질(155)은 목표 물질의 검출 여부에 따라 변화되는 임피던스를 갖는다. 예를 들면, 특정한 화학 물질, 바이오 물질, 유해 가스, 이산화탄소 등과 같은 목표 물질이 검출될 때, 감지 물질(155)의 임피던스는 변화한다.
예시적으로, 목표 물질이 검출될 때, 감지 물질(155)의 전도도가 변화될 수 있다. 즉, 감지 물질(155)은 제 1 및 제 2 전극들(151, 153) 사이에서 가변 저항으로 동작할 수 있다. 목표 물질이 검출될 때, 감지 물질(155)의 유전율이 변화될 수 있다. 즉, 감지 물질(155)은 제 1 및 제 2 전극들(151, 153)과 함께 가변 커패시터를 구성할 수 있다. 목표 물질이 검출될 때, 감지 물질(155)의 전도도 및 유전율이 함께 변화할 수 있다.
절연층(110) 위에, 제 1 도전 라인(140)의 제 1 지점(S1)에 연결되는 제 1 도전판(160)이 형성된다. 제 1 도전판(160)은 절연층(110) 및 도전층(120)과 함께 제 1 커패시터를 구성할 수 있다.
절연층(110) 위에, 제 1 도전 라인(140)의 타 단에 연결되는 제 2 도전 라인(170)이 형성된다. 제 2 도전 라인(170)은 저항을 구성할 수 있다. 제 2 도전 라인(170)은 제 1 도전 라인(140), 절연층(110), 그리고 도전층(120)에 의해 형성되는 마이크로스트립 라인을 투과하는 전파를 흡수하는 흡수단으로 동작할 수 있다.
예시적으로, 도전층(120), 안테나(130), 제 1 도전 라인(140), 감지 소자(150), 제 1 도전판(160), 그리고 제 2 도전 라인(170)은 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 도전층(120), 안테나(130), 제 1 도전 라인(140), 감지 소자(150), 제 1 도전판(160), 그리고 제 2 도전 라인(170)은 인쇄 회로 잉크로 구성될 수 있다. 도전층(120), 안테나(130), 제 1 도전 라인(140), 감지 소자(150), 제 1 도전판(160), 그리고 제 2 도전 라인(170)은 은(Ag)을 포함할 수 있다.
예시적으로, 안테나(130)와 연결되는 제 1 도전 라인(140)의 일 단과 제 1 감지 소자(150) 및 제 1 도전판(160)이 연결되는 제 1 도전 라인(140)의 제 1 지점(S1) 사이의 거리는 RFID 태그(100)에서 사용되는 무선 주파수의 파장(λ)의 k 배일 수 있다. k는 0보다 큰 양의 정수일 수 있다. k는 2의 제곱수의 역수일 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 RFID 태그(100)의 등가 회로(100a)를 보여주는 회로도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 안테나(130)는 제 1 도전 라인(140)에 연결된다. 제 1 도전 라인(140)은 절연층(110) 및 도전층(120)과 함께 마이크로스트립 라인(ML)을 구성한다.
제 1 도전 라인(140)의 제 1 지점(S1)에 제 1 감지 소자(150) 및 제 1 도전판(160)이 연결된다. 제 1 감지 소자(150)는 컨택 플러그(157)를 통해 접지 노드로 동작하는 도전층(120)에 연결된다. 제 1 도전판(160)은 접지 노드로 동작하는 도전층(120)과 함께 제 1 커패시터(C1)를 구성한다. 즉, 제 1 감지 소자(150) 및 제 1 커패시터(C1)는 마이크로스트립 라인(ML)과 접지 노드 사이에 병렬 연결되는 것으로 정의된다.
제 1 도전 라인(140)의 타단에 저항(R)으로 동작하는 제 2 도전 라인(170)이 연결된다.
제 1 감지 소자(150)는 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는다. 예시적으로, 목표 물질이 존재하지 않는 정상 상태에서, 안테나(130)를 통해 수신된 신호가 제 1 지점(S1)에서 반사되는 반사율이 최대가 되도록 제 1 감지 소자(150) 및 제 1 커패시터(C1)의 임피던스들이 설정된다. 목표 물질이 감지될 때, 제 1 감지 소자(150)의 임피던스가 변화한다. 제 1 감지 소자(150)의 임피던스는 최대 반사율에 대응하는 값으로부터 변화한다. 즉, 목표 물질이 검출되면, 반사율이 정상 상태일 때보다 감소한다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 RFID 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 4를 참조하면, RFID 리더(10) 및 RFID 태그(100)가 도시되어 있다. RFID 리더(10)는 RFID 태그(100)에 송신파를 전송한다. RFID 태그(100)는 RFID 리더(10)로부터 전송된 전자기파 중 일부를 반사하고, 나머지 일부는 흡수한다. RFID 태그(100)에 의해 반사되는 반사파의 양은 RFID 태그(100)의 반사율에 따라 결정된다.
도 5는 도 4의 RFID 시스템에서 전송되는 송신파 및 반사파를 보여주는 타이밍도이다. 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 시간(t1)에 RFID 리더(10)는 RFID 태그(100)에 송신파를 전송한다. 제 2 시간(t2)에 RFID 태그(100)는 RFID 리더(10)에 반사파를 전송한다.
예시적으로, 제 2 시간(t2)에, RFID 태그(100)는 정상 상태인 것으로 가정한다. 즉, 제 2 시간(t2)에, 감지 물질(155, 도 1 및 도 2 참조)에 대응하는 목표 물질이 검출되지 않은 것으로 가정한다. 이때, RFID 태그(100)의 반사율은 최대이다.
제 3 시간(t3)에, RFID 리더(10)는 RFID 태그(100)에 송신파를 다시 전송하는 것으로 가정한다. 제 4 시간(t4)에, RFID 태그(100)는 RFID 리더(10)에 반사파를 전송한다.
예시적으로, 제 4 시간(t4)에, RFID 태그(100)는 목표 물질을 검출한 상태인 것으로 가정한다. 이때, 제 1 감지 소자(150)는 정상 상태의 임피던스로부터 변화된 임피던스를 갖는다. 제 1 감지 소자(150)의 임피던스가 변화함에 따라, 반사율은 정상 상태인 때보다 감소한다. 즉, 제 4 시간(t4)에 전송되는 반사파의 진폭은 제 2 시간(t2)에 전송되는 반사파의 진폭보다 적다.
RFID 리더(10)는 RFIF 태그(100)로부터 수신되는 반사파의 진폭에 기반하여, RFID 태그(100)에 의해 목표 물질이 검출되었는지 판별할 수 있다. 예시적으로, RFID 태그(100)로부터 수신된 반사파의 진폭이 문턱값 이상일 때, RFID 리더(10)는 RFID 태그(100)로부터 데이터 "1"이 수신된 것으로 판별할 수 있다. RFID 태그(100)로부터 데이터 "1"이 수신될 때, RFID 리더(10)는 RFID 태그(100)에 의해 목표 물질이 검출되지 않은 것으로 판별할 수 있다. 예를 들면, 제 2 시간(t2)에 수신된 반사파에 기반하여, RFID 리더(10)는 목표 물질이 검출되지 않은 것으로 판별할 수 있다.
RFID 태그(100)로부터 수신된 반사파의 진폭이 문턱값보다 낮을 때, RFID 리더910)는 RFID 태그(100)로부터 데이터 "0"이 수신된 것으로 판별할 수 있다. RFID 태그(100)로부터 데이터 "0"이 수신될 때, RFID 리더(10)는 RFID 태그(100)에 의해 목표 물질이 검출된 것으로 판별할 수 있다. 예를 들면, 제 4 시간(t4)에 수신된 반사파에 기반하여, RFID 리더(10)는 목표 물질이 검출된 것으로 판별할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 태그(100)는 목표 물질의 검출 여부에 따라 반사율을 조절함으로써, RFID 리더(10)에 데이터를 전송한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, RFID 태그(100)는 반도체 기판 및 반도체 칩이 요구되지 않는 칩리스(chipless) RFID 태그일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 칩리스 RFID 태그는 인쇄 공정에 의해 제조될 수 있다. 따라서, 낮은 복잡도를 가지며, 감소된 단가로 생산되는 칩리스 RFID 태그가 제공될 수 있다.
도 6은 보호층이 추가된 RFID 태그(200)를 보여주는 도면이다. 도 1의 RFID 태그(100)와 비교하면, 도전층(120)의 아래에 제 1 보호층(281)이 형성된다. 제 1 보호층(281)은 유리, 플라스틱, 종이 등과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
안테나(130), 제 1 도전 라인(140), 제 1 감지 소자(150), 제 1 도전판(160), 그리고 제 2 도전 라인(170)의 위에 제 2 보호층(283)이 제공된다. 제 2 보호층(283)에 노출 홀(290)이 제공된다. 노출 홀(290)은 제 1 감지 소자(150)의 감지 물질(155)을 노출한다. 즉, 도 1에 도시된 구성 요소들 중 감지 물질(155)을 제외한 모든 구성 요소들이 제 1 및 제 2 보호층들(151, 152)에 의해 외부와 격리된다.
설명의 편의를 위하여, 절연층(110) 및 도전층(120)의 측면들이 제 1 및 제 2 보호층들(281, 283) 사이에 도시되어 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 보호층들(281, 283)은 절연층(110) 및 도전층(120)보다 넓은 면적을 갖도록 확장된다. 즉, 절연층(110) 및 도전층(120)의 측면들 또한 제 1 및 제 2 보호층들(281, 283)에 의해 외부와 격리된다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 RFID 태그(300)를 보여주는 사시도이다. 도 7을 참조하면, 절연층(310) 및 도전층(320)이 형성된다. 절연층(310)의 위에 안테나(330) 및 제 1 도전 라인(340)이 형성된다. 제 1 도전 라인(340)의 일 단은 안테나(330)에 연결되고, 타 단은 제 2 도전 라인(370)에 연결된다.
제 1 도전 라인(340)의 제 1 지점(S1)에 제 1 감지 소자(350a) 및 제 1 도전판(360a)이 연결된다. 제 1 감지 소자(350a)는 도 1을 참조하여 설명된 제 1 감지 소자(150)와 동일한 구조를 갖는다. 제 1 도전판(360a)은 도 1을 참조하여 설명된 도전판(160)과 동일한 구조를 갖는다.
제 1 도전 라인(340)의 제 2 지점(S2)에 제 2 감지 소자(350b) 및 제 2 도전판(360b)이 연결된다. 제 2 감지 소자(350b)는 도 1을 참조하여 설명된 제 1 감지 소자(150)와 동일한 구조를 갖는다. 제 2 도전판(360b)은 도 1을 참조하여 설명된 도전판(160)과 동일한 구조를 갖는다.
제 1 도전 라인(340)의 제 3 지점(S3)에 제 3 감지 소자(350c) 및 제 3 도전판(360c)이 연결된다. 제 3 감지 소자(350c)는 도 1을 참조하여 설명된 제 1 감지 소자(150)와 동일한 구조를 갖는다. 제 3 도전판(360c)은 도 1을 참조하여 설명된 도전판(160)과 동일한 구조를 갖는다.
제 1 도전 라인(340)의 제 2 및 제 3 지점들(S2, S3)에 제 2 및 제 3 감지 소자들(350b, 350c)과 제 2 및 제 3 도전판들(360b, 360c)이 형성되는 것을 제외하면, RFID 태그(300)는 도 1을 참조하여 설명된 RFID 태그(100)와 동일한 구조를 갖는다.
안테나(330)와 제 1 도전 라인(340)의 제 1 지점(S1) 사이의 거리는 무선 주파수의 파장(λ)의 k배일 수 있다. 제 1 도전 라인(340)의 제 1 및 제 2 지점들(S1) 사이의 거리는 무선 주파수의 파장(λ)의 k배일 수 있다. 제 1 도전 라인(340)의 제 2 및 제 3 지점들(S2, S3) 사이의 거리는 무선 주파수의 파장(λ)의 k배일 수 있다. k는 0보다 큰 정수일 수 있다. k는 2의 제곱수의 역수일 수 있다.
도 8은 도 7의 RFID 태그(300)의 등가 회로(300a)를 보여주는 회로도이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 안테나(330)는 제 1 도전 라인(340)에 연결된다. 제 1 도전 라인(340)은 절연층(310) 및 도전층(320)과 함께 마이크로스트립 라인(ML)을 구성한다.
마이크로스트립 라인(ML)은 제 1 내지 제 3 지점들(S1~S3)에 의해 제 1 내지 제 3 부분들(ML1~ML3)로 분할되는 것으로 정의된다. 예시적으로, 제 1 도전 라인(340) 중 안테나(130)과 제 1 지점(S1) 사이의 부분은 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)에 대응한다. 제 1 도전 라인(340) 중 제 1 지점(S1)과 제 2 지점(S2) 사이의 부분은 마이크로스트립 라인(ML)의 제 2 부분(ML2)에 대응한다. 제 1 도전 라인(340) 중 제 2 지점(S2)과 제 3 지점(S3) 사이의 부분은 마이크로스트립 라인(ML)의 제 3 부분(ML3)에 대응한다.
제 1 지점(S1)에 제 1 감지 소자(350a) 및 제 1 도전판(360a)이 연결된다. 제 1 감지 소자(350a)는 컨택 플러그(357a)를 통해 접지 노드로 동작하는 도전층(320)에 연결된다. 제 1 도전판(360a)은 접지 노드로 동작하는 도전층(320)과 함께 제 1 커패시터(C1)를 구성한다. 즉, 제 1 감지 소자(350) 및 제 1 커패시터(C1)는 마이크로스트립 라인(ML)과 접지 노드 사이에 병렬 연결되는 것으로 정의된다.
마이크로스트립 라인(ML)을 통해 제 1 지점(S1)까지 전달된 전파는 제 1 감지 소자(350a) 및 제 1 커패시터(C1)의 임피던스에 기반하여 반사 및 투과된다. 제 1 감지 소자(350a)는 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는다. 예시적으로, 목표 물질이 검출되지 않은 정상 상태에서, 반사율이 최대가 되도록 제 1 감지 소자(350a) 및 제 1 커패시터(C1)의 임피던스가 조절된다. 목표 물질이 감지될 때, 제 1 감지 소자(350a)의 임피던스가 변화한다. 즉, 목표 물질이 검출될 때 제 1 감지 소자(350a) 및 제 1 커패시터(C1)에 따른 반사율이 정상 상태일 때보다 감소한다. 제 1 감지 소자(350a) 및 제 1 커패시터(C1)에 따른 반사율이 감소하면, 제 1 지점(S1)에서 반사되는 전파의 양 및 투과되는 전파의 양이 변화된다.
제 2 지점(S2)에 제 2 감지 소자(350b) 및 제 2 도전판(360a)이 연결된다. 제 2 감지 소자(350b)는 컨택 플러그(357b)를 통해 접지 노드로 동작하는 도전층(320)에 연결된다. 제 2 도전판(360b)은 접지 노드로 동작하는 도전층(320)과 함께 제 2 커패시터(C2)를 구성한다. 즉, 제 2 감지 소자(350b) 및 제 2 커패시터(C2)는 마이크로스트립 라인(ML)과 접지 노드 사이에 병렬 연결되는 것으로 정의된다.
마이크로스트립 라인(ML)을 통해 제 2 지점(S2)까지 전달된 전파는 제 2 감지 소자(350b) 및 제 2 커패시터(C2)의 임피던스에 기반하여 반사 및 투과된다. 제 2 감지 소자(350b)는 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는다. 예시적으로, 목표 물질이 검출되지 않은 정상 상태에서, 반사율이 최대가 되도록 제 2 감지 소자(350b) 및 제 2 커패시터(C2)의 임피던스가 조절된다. 목표 물질이 감지될 때, 제 2 감지 소자(350b)의 임피던스가 변화한다. 즉, 목표 물질이 검출될 때 제 2 감지 소자(350b) 및 제 2 커패시터(C2)에 따른 반사율이 정상 상태일 때보다 감소한다. 제 2 감지 소자(350b) 및 제 2 커패시터(C2)에 따른 반사율이 감소하면, 제 2 지점(S2)에서 반사되는 전파의 양 및 투과되는 전파의 양이 변화된다.
제 3 지점(S3)에 제 3 감지 소자(350c) 및 제 3 도전판(360c)이 연결된다. 제 3 감지 소자(350c)는 컨택 플러그(357c)를 통해 접지 노드로 동작하는 도전층(320)에 연결된다. 제 3 도전판(360c)은 접지 노드로 동작하는 도전층(320)과 함께 제 3 커패시터(C3)를 구성한다. 즉, 제 3 감지 소자(350c) 및 제 3 커패시터(C3)는 마이크로스트립 라인(ML)과 접지 노드 사이에 병렬 연결되는 것으로 정의된다.
마이크로스트립 라인(ML)을 통해 제 3 지점(S3)까지 전달된 전파는 제 3 감지 소자(350c) 및 제 3 커패시터(C3)의 임피던스에 기반하여 반사 및 투과된다. 제 3 감지 소자(350c)는 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는다. 예시적으로, 목표 물질이 검출되지 않은 정상 상태에서, 반사율이 최대가 되도록 제 3 감지 소자(350c) 및 제 3 커패시터(C3)의 임피던스가 조절된다. 목표 물질이 감지될 때, 제 3 감지 소자(350c)의 임피던스가 변화한다. 즉, 목표 물질이 검출될 때 제 3 감지 소자(350c) 및 제 3 커패시터(C3)에 따른 반사율이 정상 상태일 때보다 감소한다. 제 3 감지 소자(350c) 및 제 3 커패시터(C3)에 따른 반사율이 감소하면, 제 3 지점(S3)에서 반사되는 전파의 양 및 투과되는 전파의 양이 변화된다.
제 1 도전 라인(340)의 타단에 저항(R)으로 동작하는 제 2 도전 라인(370)이 연결된다.
제 1 내지 제 3 감지 소자들(350a~350c)은 각각 제 1 내지 제 3 감지 물질들(355a~355c)을 포함한다. 제 1 내지 제 3 감지 물질들(355a~355c)은 서로 다른 목표 물질들에 대응한다. 즉, 제 1 내지 제 3 감지 물질들(355a~355c)의 임피던스들은 서로 다른 목표 물질들의 검출에 따라 변화된다. 제 1 내지 제 3 감지 물질들(355a~355c)에 의해 검출되는 물질들은 각각 제 1 내지 제 3 목표 물질들인 것으로 정의한다.
제 1 감지 물질(355a)에 의해 제 1 목표 물질이 검출되는지에 따라, 제 1 지점(S1)에서의 반사율이 감소한다. 제 2 감지 물질(355b)에 의해 제 2 목표 물질이 검출되는지에 따라, 제 2 지점(S2)에서의 반사율이 감소한다. 제 3 감지 물질(355c)에 의해 제 3 목표 물질이 검출되는지에 따라, 제 3 지점(S3)에서의 반사율이 감소한다.
즉, RFID 리더(10, 도 4 참조)는 RFID 태그(300)의 제 1 내지 제 3 지점들(S1~S3)로부터 반사되는 반사파들을 검출함으로써, 제 1 내지 제 3 목표 물질들이 검출되는지의 여부를 판별할 수 있다.
RFID 태그(300)의 제 1 내지 제 3 지점들(S1~S3)에서 반사되는 반사파들은 전파가 마이크로스트립 라인(ML)을 통해 전송되는 속도에 따라 시차를 두고 전달된다. 전파가 마이크로스트립 라인(ML)을 통해 전송되는 속도는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기에서, V는 전파가 전달되는 속도이고, L은 마이크로스트립 라인(ML)의 길이이고, T는 전파가 전달되는 시간이고, c는 빛의 속도로서
Figure pat00002
이고, εr은 절연층(110)의 유전 상수이다.
예시적으로, 절연층(110)의 유전 상수(εr)는 종이와 유사한 2.8인 것으로 가정한다. 안테나(330)와 제 1 도전 라인(340)의 제 1 지점(S1) 사이의 거리, 제 1 도전 라인(340)의 제 1 및 제 2 지점들(S1, S2) 사이의 거리, 그리고 제 1 도전 라인(340)의 제 2 및 제 3 지점들(S2, S3) 사이의 거리(L)는 각각 65mm인 것으로 가정한다. 이때, 전파가 마이크로스트립 라인(ML)의 세 부분들(ML1, ML2, ML3) 각각에서 전달되는데 소요되는 시간은 362 피코초(ps)이다. 전파가 마이크로스트립 라인(ML)의 세 부분들(ML1, ML2, ML3) 각각을 왕복하는데 소요되는 시간은 724 피코초(ps)이다.
이하에서, 전파가 마이크로스트립 라인(ML)의 세 부분들(ML1, ML2, ML3) 각각에서 전달되는데 소요되는 시간은 362 피코초인 것으로 가정하여 설명된다.
도 9는 도 8의 RFID 태그(300)에서 수신되는 송신파 및 발생되는 반사파를 보여주는 타이밍도이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 제 1 시간(t1)에 RFID 태그(300)에서 송신파가 수신된다.
제 1 시간(t1) 후 362 피코초가 경과하면, 송신파가 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)을 통과하여 제 1 지점(S1)에 도달한다. 제 1 지점(S1)에서, 제 1 목표 물질의 감지 여부에 따라 제 1 반사파가 생성된다. 생성된 제 1 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)으로 반사된다. 제 1 투과파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 2 부분(ML2)으로 투과된다.
제 1 시간(t1)으로부터 724 피코초가 경과한 제 2 시간(t2)에, 제 1 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)을 통과한 제 1 반사파가 안테나(330)를 통해 송출된다. 또한, 제 1 투과파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 2 부분(ML2)을 통과하여 제 2 지점(S2)에 도달한다. 제 2 지점(S2)에서, 제 1 목표 물질의 검출 여부에 따라 제 2 반사파가 생성된다. 생성된 제 2 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 2 부분(ML2)으로 반사된다. 제 2 투과파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 3 부분(ML3)으로 투과된다.
제 2 시간(t2)으로부터 362 피코초가 경과한 후에, 제 2 반사파는 마이크로스트립 라인(ML2)의 제 2 부분(ML2)을 통과하여 제 1 지점(S1)에 도달한다. 제 2 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)으로 전달된다. 또한, 제 2 투과파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 3 부분(ML3)을 통과하여 제 3 지점(S3)에 도달한다. 제 3 지점(S3)에서, 제 3 목표 물질의 검출 여부에 따라, 제 3 반사파가 생성된다. 생성된 제 3 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 3 부분(ML3)으로 반사된다. 제 3 투과파는 저항(R)에서 흡수된다.
제 2 시간(t2)으로부터 724 피코초가 경과한 제 3 시간(t3)에, 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)을 통과한 제 2 반사파가 안테나(330)를 통해 송출된다. 제 3 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 3 부분(ML3)을 통과하여 마이크로스트립 라인(ML)의 제 2 부분(ML2)으로 전달된다.
제 3 시간(t3)으로부터 362 피코초가 경과한 후에, 제 3 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 2 부분(ML2)을 통과하여 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)으로 전달된다.
제 3 시간(t3)으로부터 724 피코초가 경과한 제 4 시간(t4)에, 제 3 반사파는 마이크로스트립 라인(ML)의 제 1 부분(ML1)을 통과하여 안테나(330)를 통해 송출된다.
즉, RFID 태그(300)에 하나의 송신파가 전달되면, 724 피코초 간격으로 제 1 내지 제 3 목표 물질들의 검출 여부를 나타내는 제 1 내지 제 3 반사파들이 출력된다. 724 피코초를 주파수로 환산하면 1.4 기가헤르츠(GHz)에 해당한다. 즉, RFID 태그(300)는 후방산란(backscattering)에 기반하여 무선 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
예시적으로, 제 2 내지 제 4 시간들(t2~t4)에 발생하는 반사파들은 목표 물질이 검출되지 않은 정상 상태에서 발생된 것으로 가정한다.
제 5 시간(t5)에, RFID 태그(300)에서 송신파가 수신된다. 제 5 시간(t5)으로부터 724 피코초가 경과한 제 6 시간(t6)에 제 1 반사파가 송출된다. 제 6 시간(t6)에 송출된 제 1 반사파의 양은 제 2 시간(t2)에 송출된 제 1 반사파의 양보다 적다. 즉, 제 1 감지 소자(350a)에 의해 제 1 목표 물질이 검출된 것으로 판별될 수 있다.
제 6 시간(t6)으로부터 724 피코초가 경과한 제 7 시간(t7)에 제 2 반사파가 송출된다. 제 7 시간(t7)에 송출된 제 2 반사파의 양은 제 3 시간(t3)에 송출된 제 2 반사파의 양과 유사하다. 즉, 제 2 감지 소자(350b)에 의해 제 2 목표 물질이 검출되지 않은 것으로 판별될 수 있다.
제 7 시간(t7)으로부터 724 피코초가 경과한 제 8 시간(t8)에 제 3 반사파가 송출된다. 제 8 시간(t8)에 송출된 제 3 반사파의 양은 제 4 시간(t4)에 송출된 제 3 반사파의 양과 유사하다. 즉, 제 3 감지 소자(350c)에 의해 제 3 목표 물질이 검출되지 않은 것으로 판별될 수 있다.
제 9 시간(t9)에, RFID 태그(300)에 송신파가 수신된다. 제 9 시간(t5)으로부터 724 피코초가 경과한 제 10 시간(t10)에 제 1 반사파가 송출된다. 제 10 시간(t10)에 송출된 제 1 반사파의 양은 제 2 시간(t2)에 송출된 제 1 반사파의 양과 유사하다. 즉, 제 1 감지 소자(350a)에 의해 제 1 목표 물질이 검출되지 않은 것으로 판별될 수 있다.
제 10 시간(t10)으로부터 724 피코초가 경과한 제 11 시간(t11)에 제 2 반사파가 송출된다. 제 11 시간(t11)에 송출된 제 2 반사파의 양은 제 3 시간(t3)에 송출된 제 2 반사파의 양보다 적다. 즉, 제 2 감지 소자(350b)에 의해 제 2 목표 물질이 검출된 것으로 판별될 수 있다.
제 11 시간(t11)으로부터 724 피코초가 경과한 제 12 시간(t12)에 제 3 반사파가 송출된다. 제 12 시간(t12)에 송출된 제 3 반사파의 양은 제 4 시간(t4)에 송출된 제 3 반사파의 양보다 적다. 즉, 제 3 감지 소자(350c)에 의해 제 3 목표 물질이 검출된 것으로 판별될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 RFID 태그들(100, 200, 300)은 목표 물질의 검출 여부에 따라 반사파의 양을 조절한다. 본 발명의 실시 예들에 따른 RFID 태그들(100, 200, 300)은 칩리스 기반으로 인쇄 공정에 따라 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 무선 주파수 대역에서 동작하며 낮은 복잡도를 갖는 칩리스 RFID 태그가 제공될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10; RFID 리더 100, 200, 300; RFID 태그
100a, 300a; RFID 태그의 등가회로
110, 310; 절연층 120, 320; 도전층
130, 330; 안테나 140, 340; 제 1 도전 라인
150, 350a, 350b, 350c; 감지 소자
151, 351a, 351b, 351c; 제 1 전극
153, 353a, 353b, 353c; 제 2 전극
155, 355a, 355b, 355c; 감지 물질
157, 357a, 357b, 357c; 컨택 플러그
160, 360a, 360b, 360c; 도전판
170, 370; 제 2 도전 라인 281, 283; 보호층
S1, S2, S3; 제 1 도전 라인의 제 1 내지 제 3 지점들
ML; 마이크로스트립 라인
ML1, ML2, ML3; 마이크로스트립 라인의 제 1 내지 제 3 부분들
C1~C3; 커패시터 R; 저항

Claims (11)

  1. 절연층의 위 및 아래에 각각 형성된 도전층 및 도전 라인;
    상기 도전 라인의 일단에 연결된 안테나;
    상기 도전 라인의 타단에 연결된 저항;
    상기 도전 라인에 연결되고, 상기 도전층 및 상기 절연층과 함께 제 1 커패시터를 구성하는 제 1 도전판; 및
    상기 도전 라인과 상기 도전층 사이에 연결되고, 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는 제 1 감지 소자를 포함하는 무선 주파수 식별 태그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전판 및 상기 제 1 감지 소자는,
    상기 도전 라인의 일단과 상기 타단 사이의 제 1 지점에서 상기 도전 라인과 연결되는 무선 주파수 식별 태그.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 소자는,
    상기 도전 라인의 제 1 지점에 연결된 제 1 전극;
    상기 절연층을 관통하는 컨택 플러그를 통해 상기 도전층과 연결된 제 2 전극; 및
    상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 형성되고, 상기 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는 감지 물질을 포함하는 무선 주파수 식별 태그.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전층을 덮는 제 1 보호층; 그리고
    상기 안테나, 도전 라인, 저항, 및 제 1 감지 소자의 위에 형성되며, 상기 감지 물질을 노출하는 제 2 보호층을 더 포함하는 무선 주파수 식별 태그.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 감지 물질은 상기 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 저항값을 갖는 무선 주파수 식별 태그.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 감지 물질은 상기 제 1 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 유전율을 갖는 무선 주파수 식별 태그.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 감지 소자에 의해 상기 제 1 목표 물질이 검출되지 않을 때 상기 도전 라인의 제 1 지점에서 반사율이 최대가 되도록 상기 제 1 커패시터 및 제 1 감지 소자의 임피던스가 설정되는 무선 주파수 식별 태그.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나로부터 상기 도전 라인의 제 1 지점까지의 거리는 상기 무선 주파수 식별 태그에서 사용되는 무선 주파수의 파장의 k배(k는 0보다 큰 정수)인 무선 주파수 식별 태그.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나로부터 상기 도전 라인의 제 1 지점까지의 거리는 상기 무선 주파수 식별 태그에서 사용되는 무선 주파수의 파장의 k배(k는 2의 제곱수의 역수)인 선 주파수 식별 태그.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전 라인의 제 1 지점을 기준으로 상기 안테나의 반대 방향에 위치한 상기 도전 라인의 제 2 지점에 연결되고, 상기 도전층 및 상기 절연층과 함께 제 2 커패시터를 구성하는 제 2 도전판; 및
    상기 도전 라인의 제 2 지점과 상기 도전층 사이에 연결되고, 제 2 목표 물질의 검출에 따라 변화되는 임피던스를 갖는 제 2 감지 소자를 더 포함하는 무선 주파수 식별 태그.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 감지 소자에 의해 상기 목표 물질이 검출되지 않을 때 상기 도전 라인의 제 2 지점에서 반사율이 최대가 되도록 상기 제 2 커패시터 및 제 2 감지 소자의 임피던스가 설정되는 무선 주파수 식별 태그.
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