CN112236027A - 用于移动设备的rf屏蔽 - Google Patents

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CN112236027A CN202011074303.XA CN202011074303A CN112236027A CN 112236027 A CN112236027 A CN 112236027A CN 202011074303 A CN202011074303 A CN 202011074303A CN 112236027 A CN112236027 A CN 112236027A
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Abstract

一种移动设备的RF屏蔽设备，包括：导电栅格，其具有彼此电接触的水平线迹线和垂直线迹线；导电迹线，布置在导电栅格的周边周围，导电迹线与水平线迹线和垂直线迹线中的每一个的两端电接触；第一绝缘膜，布置在所述导电栅格的顶表面上；以及第二绝缘膜，布置在导电迹线和导电栅格的底表面上。所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜具有透明材料。第一绝缘膜和第二绝缘膜是透明的，因此允许观看其上布置有RF屏蔽设备的移动设备的显示器。垂直线迹线和水平线迹线间隔开以形成对于用于移动通信的频率范围内的信号不透明的栅格。

Description

用于移动设备的RF屏蔽
本申请是国际申请日为2014年9月3日并于2017年5月2日进入中国国家阶段的申请号为201480083143.1且发明名称为“用于移动设备的RF屏蔽”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及用于移动蜂窝或无线设备的射频屏蔽，所述无线设备包括但不限于移动电话、平板计算机(例如Apple
Figure BDA0002716253480000011
)和电子书阅读器(例如Bames&Noble
Figure BDA0002716253480000012
和Amazon
Figure BDA0002716253480000013
)。
背景技术
在正常操作期间，移动设备在待机时段期间间歇地、并在主动通话期间连续地发射射频(RF)辐射。在下文中，移动设备包括便携式并且配备有蜂窝或无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、近场)通信能力和显示屏的任何设备。移动设备的示例包括移动电话、个人数字助理(PDA)、平板计算机和电子阅读器。公共卫生专业人士担心，移动设备发射的射频辐射可能导致各种与健康有关的问题。
响应于公众对来自移动设备的RF辐射的关注，许多设备和移动设备配件已经因阻挡或减小RF辐射而被销售。然而，这些产品中的许多产品具有缺陷。例如，一些产品被形成为在不使用时容纳移动设备的外壳。然而，当接收或发起呼叫时，移动设备将需要从保护外壳中移除。因此，使用户暴露于RF辐射。其他设备在许多当前移动设备上阻止了触摸屏输入的正常运行。
以下公开中讨论了用于减少暴露于来自移动设备的RF辐射的各种尝试：美国专利No.5,367,309、美国专利No.5,335,366、美国专利No.5,336,896、美国专利No.5,657，386、美国专利No.5,726,383、美国专利No.6,001,282、美国专利No.6,075,977、美国专利No.6,095,820、美国专利No.6,184,835、美国专利No.6,341,217、美国专利No.6,356,773、美国专利No.6,359,213、美国专利No.6,377,824、美国专利No.6,404,403、美国专利No.6,505,036、美国专利No.6,515,223、美国专利No.6,615,028、美国专利No.6,624,432、美国专利No.6,628,784、美国专利No.6,603,981、美国专利No.6,708,047、美国专利No.6,738,650、美国专利No.6,897,826、美国公开No.2001/0041545、美国公开No.2002/0072337、美国公开No.2002/0097188、美国公开No.2002/0009976、美国公开No.2003/0228843、美国公开No.2003/0176164、美国公开No.2004/0198264、美国公开No.2004/0026100、美国公开No.2008/0014872以及美国公开No.2010/0240421。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种RF屏蔽，其保护移动设备用户免受潜在有害的RF辐射，同时允许配备有触摸屏的移动设备进行操作。
本发明的一个实施例是RF屏蔽设备，其具有：导电栅格，其具有彼此电接触的水平线迹线和垂直线迹线；导电迹线，布置在导电栅格的周边周围，导电迹线与水平线迹线和垂直线迹线中的每一个的两端电接触；第一绝缘膜，布置在所述导电栅格的顶表面上；以及布置在导电迹线和导电栅格的底表面上的第二绝缘膜，其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜具有透明材料。
附图说明
参考以下说明书、所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的这些及其他特征、方面和优点，在附图中：
图1示出了本发明实施例的分解视图；
图2示出了本发明的备选实施例；
图3示出了本发明的备选实施例；以及
图4和图5示出了根据本发明的备选图案。
具体实施方式
参考图1，以分解视图示出了本发明的实施例。本发明的RF屏蔽设备由框架构件102构成，框架构件102被配置为且其尺寸被定为包围移动设备110的至少顶表面。框架构件102针对相应的移动设备型号被特别地设定大小，因此一个框架构件102可以特定于
Figure BDA0002716253480000031
4/4s或5/5s或6，而具有不同尺寸的第二框架构件102可以特定于Google Nexus10。
框架构件102可以由塑料、硅树脂、热塑性聚氨酯、橡胶或金属框架102a形成。框架构件102具有在其上中央形成的显示器空隙102b。显示器空隙102b与相应移动设备110的与显示器110a相对应的区域对齐。因此，框架102a围绕移动设备110的周边，使得显示器110a的整体与显示器空隙102b对齐并通过显示器空隙102b可见。
由于许多移动设备110在移动设备110的顶表面上配备有前置摄像头110b和硬件按钮110c，相应框架构件102被配置有分别与前置摄像头110b和(一个或多个)硬件按钮110c相对应的摄像头空隙102c和按钮空隙102d。备选地，对应于(一个或多个)硬件按钮110c的按钮空隙102d可以由允许用户驱动(一个或多个)底层的硬件按钮102c的例如橡胶或适当的塑料的柔性材料形成。此外，可以为布置在移动设备的前表面上的任何其它部件提供切口，例如扬声器开口、麦克风开口、环境光传感器等。
RF屏蔽屏104被安装抵靠框架构件102的内表面，使得RF屏蔽屏104与显示器空隙102b对齐。因此，RF屏蔽屏104被布置在框架构件102和移动设备110之间。RF屏蔽屏104由电绝缘的第一透明膜层104a、导电栅格层104b以及也电绝缘的第二透明膜层104c构成。第一透明膜层104a和第二透明膜104c可以由例如塑料或玻璃的任何透明材料形成。
在本发明的一个实施例中，第二透明膜层104c用作在其上通过电子印刷、化学气相沉积、物理气相沉积等方式形成栅格层104b的衬底。在印刷的情况下，可以使用含有碳纳米管的墨水、铜或其它导电材料。备选地，栅格层104b可以是夹在第一塑料膜层104a和第二塑料膜层104c之间并接合到第一塑料膜层104a和第二塑料膜层104c上的分开制造的层。
在一个实施例中，格栅层104b独立于第一透明膜层104a和第二透明膜层104c形成。栅格层104b的线可以由编织在一起的单独线形成。应当注意，本发明不需要第一透明膜层104a和第二透明膜层104c以用于本发明的适当操作。而是，栅格层104b可以直接放置在移动设备110上。然而，第一透明膜层104a和第二透明膜层104c被提供以用于保护显示屏110a的表面并不被栅格层104b划伤，并保护栅格层104b的线迹线不会由于与用户的手指或其他异物接触而损坏。
在本发明的一个实施例中，RF屏蔽屏104的厚度小于或等于0.005英寸(5密耳)。然而，RF屏蔽屏104的合适厚度也可以大于5密耳，但是受限于需要将用户接触适当地传送到移动设备110的触摸屏。
图2示出了栅格层104b的结构的详细表示。栅格层104b具有形成在栅格层104b的周边周围的导电迹线202。此外，在导电迹线202的两个平行侧之间提供垂直线迹线204。两个平行侧与垂直线迹线204的方向相垂直地定向。此外，在导电迹线202的另两个平行侧之间提供水平线迹线206。另两个平行侧与水平线迹线206的方向相垂直地定向。
此外，在交叉点208处，垂直线迹线204和水平线迹线206彼此电接触。垂直线迹线204和水平线迹线206中的每一个的两端也与导电迹线202电接触。以这种方式，栅格层104b形成拒绝碰撞RF场的电荷的等势电荷的平面。网格间隔应足够细小以阻挡大部分RF信号，但足够粗糙以不禁用触摸屏功能。
RF屏蔽屏104的尺寸被定为大于显示器110a。在一个实施例中，RF屏蔽屏104的尺寸被定为覆盖移动设备110的整个前面。导电迹线202的尺寸被定为具有尽可能大而不碰撞显示器110a的宽度。在本发明的实施例中，导电迹线202布置成与显示器110a的外周边缘相对应并且延伸到RF屏蔽屏104的外周边缘。
在屏蔽中有两种电磁效应工作。屏蔽的所有导电部分电连接，从而形成共同电势的平面。RF屏蔽屏104的图案的配置利用孔现象，在孔现象中RF波以与导电片类似的方式与导电网格作用。如果网格元件之间的间距显著小于RF信号的波长并且网格元件电连接，则网格将减少来自屏蔽背面的信号的传输或阻挡来自屏蔽背面的信号。
第二个效应是导电材料存在于电话天线附近。针对RF，导电材料呈现与空气相比更低阻抗的路径，并吸引信号以及对该信号进行重新定向。
网格间距(或节距)应足够细小以阻挡RF信号的部分，但足够粗糙以不禁用触摸屏功能。例如，为了阻挡至少70％的RF，期望具有不大于5mm的节距的网格。然而，在
Figure BDA0002716253480000051
4/4s中，节距例如不能小于2mm，否则触摸屏功能将会劣化。因此，对于
Figure BDA0002716253480000052
4/4s，合适的RF屏蔽屏104具有在2mm和5mm之间变动的节距。
在图3所示的另一实施例中，示出了RF屏蔽屏104，其中形成导电迹线202的水平导电迹线202a和垂直导电迹线202b具有不同的宽度。宽度的变化由特定的移动设备型号规定。附加地，图3中的实施例在水平导电迹线202a中具有按钮切口302，以便允许访问硬件按钮110c。此外，摄像头切口304允许移动设备的前置摄像头110b保持不受水平导电迹线202a阻碍。
RF屏蔽屏104的尺寸由移动设备内的天线的放置规定。例如，在具有定位为从移动设备外壳的边缘一般地插入的天线的大多数移动设备110中，RF屏蔽屏104尺寸可以被定为延伸到移动设备110外壳的边缘。然而，当天线被定位为沿移动设备110外壳的边缘时，例如，如
Figure BDA0002716253480000053
4/4s的情况，RF屏蔽屏104应当延伸超过移动设备110外壳的边缘例如0.08英寸，以便有效阻止RF信号在朝向用户身体的大致前向方向上发送。
上述实施例指示RF屏蔽屏104具有通过将线迹线以90°彼此相交所形成的栅格图案。然而，也可以有效地使用栅格备选图案。例如，图4示出了菱形栅格图案，其中线迹线以小于90°的角度相交。备选地，图2和图3中所示的格栅图案可以以10°和80°之间的任意角度旋转，从而形成其间以90°相交的菱形图案。图5示出了另一实施例，其中网格被图案化为形成为同心圆的第一线迹线，其具有由第二线迹线形成的径向延伸的相交线。
除图1至图3所示的实施例之外，本发明可以被配置为外壳或小袋。在本实施例中，该外壳被构造为具有RF屏蔽屏的层，该层给外壳内部的一部分加衬里。外壳主体可以由塑料、织物或其它类似材料(例如皮革、尼龙、氯丁橡胶和橡胶)构造。主体被形成为符合移动设备轮廓的形状。
主体在前表面处形成有一个开口，RF屏蔽屏的一部分通过该开口暴露。此外，在垂直于前表面放置的第二侧面处，主体具有第二开口，第二开口的尺寸被定为滑动地适应移动设备插入到由主体形成的内部空隙中。也可以在主体上提供挡板，其被配置为可拆卸地将移动设备110保持在外壳中。
此外，该外壳可以配备有夹子，其允许用户将外壳固定至一件衣物、皮带、口袋等，或固定至例如皮夹的带子等的物品。
在本发明的备选实施例中，RF屏蔽设备布置在移动设备内侧。在这样的实施例中，RF材料可以在移动设备内分层。例如，RF材料可以布置在移动设备的触摸屏后面，使得触摸屏可以由移动设备的用户直接可接触。备选地，RF材料可以布置在触摸屏的前面并且在移动设备机壳内。
在RF材料放置在触摸屏的前面的情况下，RF材料必须由允许观看触摸屏的材料构造。另一方面，如果RF材料放置在触摸屏后面，则不需要材料是光学透明的。
在本发明的一个实施方案中，膜材料104a和104c是通常称为PET的丙烯酸酯涂覆的聚对苯二甲酸乙二醇酯，例如由杜邦-帝人膜(DuPont Teijin Films)生产的膜。栅格层104b由直接沉积在底部膜材料104c的顶表面上的铜迹线形成。当完全组装了该实施例时，底部膜材料104c的顶表面被定义为与顶部膜材料104a的底表面接触的底部膜材料104c的表面。顶部膜材料104a和底部膜材料104c使用非常微小的微米厚的光学透明粘合剂(例如由3M以及其它制造商生产的约1至约400微米厚(例如约100微米厚)的粘合剂)接合在一起。顶部膜材料104a的底部表面具有在与电话前盖相对应的周边上印刷的黑色墨水屏，所述屏蔽将要附着在所述电话前盖上。然而，墨水屏也可以是白色或任何其他颜色。
形成栅格层104b的迹线202、204和206是经混合硫化物/氧化处理以使迹线表面变暗以便降低反射率的铜金属。使用施加到底部膜材料104b的顶表面的一系列光敏涂层将迹线沉积到底部膜材料104b上。光敏涂层通过光掩模暴露于UV光，以便创建所需迹线图案。使光敏涂层显影，使得从底部膜材料104b的顶表面洗掉未暴露于UV光的光敏涂层的区域。将底部膜材料104b浸入无电镀铜板溶液中，该溶液在剩余的感光涂层的顶部上化学地生长铜。铜迹线大约为5微米宽，并具有4mm节距(即相邻平行迹线之间的距离)。在正交迹线之间以90°相交形成栅格图案。然而，整个网格图案相对于移动设备的x-y轴旋转30°，以避免在RF屏蔽的格栅图案与电话的LCD显示器之间产生莫尔干涉图案。另外，通过以这种方式旋转网格图案，防止迹线阻挡LCD显示器上的整行的红色、绿色或蓝色像素，该阻挡可能导致颜色伪影。
本发明的所描述的实施例旨在是说明性的而不是限制性的，并不意图表示本发明的每个实施例。如以下权利要求字面上以及在法律上被认为等效形式中所阐述的，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下做出各种修改和变型。

Claims (20)

1.一种移动设备的RF屏蔽设备，所述设备包括：
前置摄像头、硬件按钮和显示器，在所述移动设备的顶表面上；
框架，适于将所述RF屏蔽设备保持在抵靠所述移动设备的前表面的位置处，具有与对应于所述显示器的区域对齐的显示器空隙、分别与所述前置摄像头和所述硬件按钮对齐的摄像头空隙和按钮空隙；
RF屏蔽屏，被安装抵靠所述框架的内表面且被布置在所述框架和所述移动设备之间，并且所述RF屏蔽屏的尺寸被定为至少包围所述移动设备的顶部且与所述显示器空隙对齐，所述RF屏蔽屏包括导电栅格，所述导电栅格直接位于所述移动设备上并且具有在交叉点处彼此电接触的第一线迹线和第二线迹线；以及
导电迹线，被布置在所述导电栅格的周边周围，所述导电迹线与所述第一线迹线和所述第二线迹线中的每一个的两端电接触。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：布置在所述RF屏蔽设备的表面上用于与所述移动设备的前表面相接触的粘合剂层。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述导电栅格和所述导电迹线由选自以下各项的材料形成：金属、金属合金、塑料、墨水和涂料。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述框架的至少一部分由对所述移动设备发射和接收的RF辐射基本透明的材料形成。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述框架被配置为将所述移动设备保持在所述框架内。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述框架被形成为外壳，所述外壳在侧面上具有第二开口，所述第二开口的尺寸被定为适应将移动设备滑入所述第二开口的内部。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述导电栅格被形成为网格形状，所述网格形状具有在从2mm到5mm的范围内的网格间距，使得由所述移动设备引起的潜在有害RF辐射被所述RF屏蔽设备屏蔽，同时允许所述移动设备的触摸屏操作。
8.一种移动设备的RF屏蔽设备，所述设备包括：
前置摄像头、硬件按钮和显示器，在所述移动设备的顶表面上；
框架，适于将所述RF屏蔽设备保持在抵靠所述移动设备的前表面的位置处，具有与对应于所述显示器的区域对齐的显示器空隙、分别与所述前置摄像头和所述硬件按钮对齐的摄像头空隙和按钮空隙；
RF屏蔽屏，被安装抵靠所述框架的内表面且被布置在所述框架和所述移动设备之间，并且所述RF屏蔽屏的尺寸被定为至少包围所述移动设备的顶部且与所述显示器空隙对齐，所述RF屏蔽屏包括导电栅格，所述导电栅格位于所述移动设备上并且具有在交叉点处彼此电接触的第一线迹线和第二线迹线；
导电迹线，被布置在所述导电栅格的周边周围，所述导电迹线与所述第一线迹线和所述第二线迹线中的每一个的两端电接触；
第一绝缘膜，被布置在所述导电栅格的顶表面上；以及
第二绝缘膜，被布置在所述导电迹线和所述导电栅格的底表面上，
其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜具有透明材料。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括：布置在所述RF屏蔽设备的表面上用于与所述移动设备的前表面相接触的粘合剂层。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述导电栅格和所述导电迹线由选自以下各项的材料形成：金属、金属合金、塑料、墨水和涂料。
11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述框架的至少一部分由对所述移动设备发射和接收的RF辐射基本透明的材料形成。
12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述框架被配置为将所述移动设备保持在所述框架内。
13.根据权利要求8所述的设备，其中，所述框架被形成为外壳，所述外壳在侧面上具有第二开口，所述第二开口的尺寸被定为适应将移动设备滑入所述第二开口的内部。
14.根据权利要求8所述的设备，其中，所述导电栅格被形成为网格形状，所述网格形状具有在从2mm到5mm的范围内的网格间距，使得由所述移动设备引起的潜在有害RF辐射被所述RF屏蔽设备屏蔽，同时允许所述移动设备的触摸屏操作。
15.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，包括：第一绝缘膜，被布置在所述导电栅格的顶表面上；以及第二绝缘膜，被布置在所述导电迹线和所述导电栅格的底表面上，其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜具有透明材料，并且其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜的材料由1至400微米厚的粘合剂接合在一起。
16.根据权利要求8至14中任一项所述的设备，其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜的材料由1至400微米厚的粘合剂接合在一起。
17.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述RF屏蔽屏的厚度小于或等于0.005英寸。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述RF屏蔽屏的厚度小于或等于0.005英寸。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，所述RF屏蔽屏的厚度小于或等于0.005英寸。
20.一种移动设备的RF屏蔽设备，所述设备包括：
前置摄像头、硬件按钮和显示器，在所述移动设备的顶表面上；
框架，适于将所述RF屏蔽设备保持在抵靠所述移动设备的前表面的位置处，具有与对应于所述显示器的区域对齐的显示器空隙、分别与所述前置摄像头和所述硬件按钮对齐的摄像头空隙和按钮空隙；
RF屏蔽屏，被安装抵靠所述框架的内表面且被布置在所述框架和所述移动设备之间，并且所述RF屏蔽屏的尺寸被定为至少包围所述移动设备的顶部且与所述显示器空隙对齐，所述RF屏蔽屏包括：导电栅格，所述导电栅格具有在交叉点处彼此电接触的第一线迹线和第二线迹线；导电迹线，被布置在所述导电栅格的周边周围，所述导电迹线与所述第一线迹线和所述第二线迹线中的每一个的两端电接触；第一绝缘膜，被布置在所述导电栅格的顶表面上；以及第二绝缘膜，被布置在所述导电迹线和所述导电栅格的底表面上，所述第一绝缘膜具有顶表面和底表面，并且所述第二绝缘膜具有顶表面和底表面；
其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜具有透明材料，并且其中，所述导电栅格形成栅格图案，所述栅格图案由沉积在所述第二绝缘膜的顶表面上的铜迹线形成，所述铜迹线被布置成两组，使得第一组与第二组正交定向并且第一组的铜迹线与第二组的铜迹线之间的交叉为90°，所述栅格图案相对于所述RF屏蔽设备将要安装到的移动设备的x-y轴旋转30°；并且
其中，所述导电迹线是导电铜迹线，所述导电铜迹线沉积在所述第二绝缘膜的顶表面的周边周围，并与所述栅格图案的铜迹线的每端电耦接；以及
光学透明粘合剂，被布置在所述第一绝缘膜的底表面和所述第二绝缘膜的顶表面之间。
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