JP6268651B2 - デジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法、並びにこれを利用した携帯端末機器 - Google Patents

デジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法、並びにこれを利用した携帯端末機器 Download PDF

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Description

本発明はデジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法、並びにこれを利用した携帯端末機器に関し、特に地磁気センサに及ぼす影響を最少化しつつ携帯端末機器にデジタイザ機能を実現する際に携帯端末機器本体の各種部品から発生する磁場を遮蔽すると同時にライトペンの感度向上を図ることができるデジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法、並びにこれを利用した携帯端末機器に関する。
最近、デジタイザ機能を搭載したスマートフォンのような携帯端末機器が市場に発表されて人気を呼んでいる。前記ライトペンを利用したデジタイザは約0.7mm厚さの線を引くことができるので、3〜4mm厚さを認識する静電容量方式のタッチパネルより精巧であるため、細かい作業を容易に行うことができる。
また、ライトペンを利用すれば筆記メモが可能であり、絵を描くことができ、イメージや写真を編集することも可能である。さらに、使用者がライトペンを手に握って使う時に加わる力の圧力を感知して、感知された力により文字の太さが違うため、高解像度を有する作業が可能になる。
このようなデジタイザ機能はタッチスクリーン/ディスプレイパネルの下側にデジタイザパネルを備えており、デジタイザパネルは薄い金属膜でここに電気を流せば薄い電磁場が作られ、ポータブル型ライトペンの端部には超小型金属コイルが内蔵されていて使用時に交流磁場が発生する。
したがって、ライトペンのペン先がタッチスクリーンに近接すれば電磁誘導現象が起こりながらタッチスクリーン/ディスプレイパネルの下側に配置されたデジタイザパネルにはすでに形成された電磁場に変形が発生し、これを一側の角部に配置されたセンサを通して感知して実際ライトペンの動きを解釈している。
このようなデジタイザ機能はスマートフォンのような小型携帯端末機器だけでなく、大型ディスプレイを採用している大画面タブレット(tablet)PCなどにも適用されている。
電磁誘導現象を利用したデジタイザ機能を携帯端末機器で使用するためには携帯端末機器本体の各種部品から発生する電磁場を遮蔽するための磁場遮蔽シートがデジタイザパネルとメイン回路基板の間に挿入されて使用されている。携帯端末機器本体には多様な通信用チップとアンテナを使って無線通信のために電磁場が発生している。
最近、4世代移動通信機術を実現するロントメボルルション(LTE)電波は従来の3G移動通信方式の無線通信端末器よりずっと強い電波を使っており、このような強い電磁場からデジタイザに影響を与えることを排除し、ライトペンとデジタイザとの間の円滑な磁場通信のために確実な磁場遮蔽が求められている。
一方、携帯端末機器にはGPS(Global Positioning System)技術を利用したナビゲーションや増強現実などの機能実現のために地磁気センサを備えている。また、アンドロイド運営体制(OS)を適用するスマートフォンの場合、地磁気センサの使用が必須事項として定められている。
前記磁場遮蔽シートはデジタイザ機能に影響が及ばないようにデジタイザ、つまり、ディスプレイに対応する大きさで使用されているので、携帯端末器内部で磁場遮蔽シートと地磁気センサとの間の間隔を2mm以上に設計することが難しい環境である。
しかし、前記磁場遮蔽シートと地磁気センサが接近して共に携帯端末器に使用される場合、磁場遮蔽シートは地磁気センサに影響を与えて地磁気センサの誤動作を誘発することになる。
つまり、磁場遮蔽シートによって地磁気センサは方位角の歪み、センサ感度の歪み、磁気履歴現象(magnetic hysteresis)の歪みが発生することができる。
前記方位角の歪みは磁場遮蔽シートによって磁北の方向を歪曲する現象をいい、センサ感度の歪みは磁場遮蔽シートによって磁場の強さを変化させるため、地磁気センサを構成するX、Y、Z軸センサの間の感度も歪曲する現象をいい、磁気履歴現象の歪みは磁性体が有する磁気履歴現象のため、センサの回転方向により方位角に誤差を発生させる現象をいう。
したがって、地磁気センサに対する前記歪みを防止し、正確な方位角を測定するためには地磁気センサの補正が必要となる。しかし、前記方位角の歪みおよびセンサ感度の歪みは正確な補正が可能であるが、磁気履歴現象の歪みは正確な補正が難しいので、地磁気センサの誤差を加重させる問題がある。
磁場遮蔽シートとしては非熱処理Fe系およびCo系非晶質リボン、フェライトシート、または磁性粉末が含まれているポリマーシートなどの磁性体を使うのが一般的である。磁場遮蔽およびデジタイザ機能の性能向上のための磁場の集束効果は透磁率の高いFe系およびCo系非晶質リボン、フェライトシート、磁性粉末が含まれているポリマーシートの順に良い。
前記非熱処理Fe系およびCo系非晶質リボンの場合、リボン自体が金属薄板であるので厚さに対する負担はないが、透磁率が大きすぎるから地磁気センサに影響を与えて磁場遮蔽シートとして使用できず、フェライトシートも透磁率が大きすぎるから地磁気センサに影響を与えて、厚さが厚い短所がある。
したがって、従来は磁場遮蔽シートとして相対的に透磁率が劣る磁性粉末が含まれているポリマーシートを使っていたが、透磁率が低くてFe系およびCo系非晶質リボンと比較すると、ライトペンの感度が1/2に低下する問題と共にコストが非常に高いという問題がある。
また、ポリマーシートの場合、Fe系およびCo系非晶質リボンに比べて透磁率が低く、このような低い透磁率の性能を改善しようとする場合、数十um厚さの薄板であるFe系およびCo系非晶質リボンに比べて厚さが厚くなるので、薄くなる端末器の趨勢に対応しにくい部分があり、厚さの増加により材料費用がさらに増加する問題もある。
一方、磁気履歴現象は磁性体に磁場の増加および減少を繰り返しながら印加するとき、磁性体内部の磁気誘導値が互いに一致せず履歴を持つことをいい、磁性体が飽和されるまで磁場を印加する場合に発生する現象で、磁場が飽和領域まで到達しない場合は初期磁化曲線に沿って履歴なしに磁気誘導値が増加および減少を繰り返す。
前記非晶質リボンの中、非熱処理Fe系非晶質リボンの場合、磁気履歴曲線(magnetic hysteresis loop)を見れば飽和誘導を得るための最小磁場である飽和磁場(Saturation field:Hs)値が約0.4Gで約0.5G値を有する地球磁場より低い値を有する。
したがって、Fe系非晶質リボンシートは地球磁場の変化にも履歴現象を示すことになり、その結果、Fe系非晶質リボンシートが適用された端末器に使用された地磁気センサはFe系非晶質リボンシートによる磁気履歴現象まで補正しなければならないという致命的な短所を持つことになる。
また、Fe系およびCo系非晶質リボンシートを使用する場合、地磁気センサは時計方向と反時計方向に回転するときのX軸、Y軸、Z軸のセンシング値が回転方向に応じて方位角履歴が発生し、このような履歴は正確な補正ができないため、センサ動作に誤差を加重することになる。
一方、韓国公開特許公報10−2011−92833号にはFe系ナノ結晶粒軟磁性粉末および炭素系導電体粉末を含有する電磁波吸収シートが提案されており、前記Fe系ナノ結晶粒軟磁性粉末は非晶質合金として、Fe−Si−B−Nb−Cu系合金を使用し、この合金を350℃〜500℃の温度で45分〜90分間の予備熱処理をして粉末を1次および2次破砕し、破砕された粉末の粒子の大きさが270mesh以下となるようにふるい分けしたナノサイズの結晶粒を有するFe系ナノ結晶粒軟磁性粉末を使っている。
前記電磁波吸収シートは厚さ0.5mmで製作されて10MHz乃至10GHz帯域の電磁波を吸収している。
しかし、前記電磁波吸収シートは高周波用だけでなく、ナノサイズの結晶粒を有するFe系ナノ結晶粒軟磁性粉末をバインダーと混合して0.5mm厚さで製作されるポリマーシートの一種で、非晶質リボンシートを使用する場合(厚さ約0.06mm内外)と比較すると、厚さが厚く、バインダーを混合することによってシートの透磁率が低い問題がある。
韓国公開特許公報10−2005−37015号では高透磁率を有する金属合金であるパーマロイ、センダストおよび急速凝固合金のうち一つまたは二つ以上が粉末状、薄片状または繊維状のうちのいずれか一つの形態に10〜80重量%含まれ、前記金属合金が分散するマトリックスとして軟質高分子物質が15〜65重量%含まれ、前記金属合金と軟質高分子物質の混合時に使用される各種添加剤が5〜25%含まれる低周波磁場遮蔽機能を有する金属および高分子複合体を提案している。
また、前記パーマロイは300〜600ガウスの磁場と600〜1100℃の温度で、前記センダストは100〜600ガウスの磁場と500〜1100℃の温度で、前記急速凝固合金は100〜600ガウスの磁場と300〜500℃の温度で、それぞれ1〜2時間磁場熱処理されている。
前記金属および高分子複合体は粉末状、薄片状または繊維状のうちいずれか一つの金属合金と高分子物質を含むことで、前記ポリマーシートと同じ問題がある。
前記従来の技術は電磁波吸収シートまたは磁場遮蔽シートに関し、スマートフォンのような携帯端末器でライトペンおよびナビゲーション機能を同時に実現する場合、従来の磁場遮蔽シートは地磁気センサに対する歪み問題が存在したり、厚さが厚くてコストが非常に高いという問題に対する解決法案を提示していない。
本発明者は遮蔽シートによって地磁気センサに発生する歪みの中で方位角の歪みおよびセンサ感度の歪みは正確な補正が可能であるが、磁気履歴現象に起因した方向性歪みは正確な補正が難しいという点を考慮して、磁気履歴現象の歪み問題が発生しない遮蔽シートを開発しようと努力して、ナノ結晶粒リボンの場合、薄板のリボンがフレーク状になっても透磁率特性はほとんど変化せず、磁気飽和が起こらないために磁気履歴現象の歪み問題は発生しないことに着案し、本発明を完成するに至った。
また、従来のタブレットPCやタブレットフォンのようなスマートフォンではデジタイザ機能を利用する場合、ライトペンの先端部をタッチスクリーンパネルまたはディスプレイパネルに具備された強化ガラスに筆圧を感じるほど力を加えることによってデジタイザ機能が活性化され、筆圧の強さを感知して文字の太さが異なることになる。したがって、使用の便利性、耐久性向上およびデジタイザ機能の感度向上のために非接触式ペン機能を実現することが求められている。
したがって、本発明は上記従来の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的は、非晶質合金のリボンまたはストリップを熱処理してナノ結晶粒微細組織を有するナノ結晶粒リボンを製造する際、臨界温度以上の温度で過熱処理を実施することによってB−Hループが初期磁化曲線内で変化が行われて、所望する特定の透磁率の遮蔽シートの製造が容易であり、遮蔽シートの透磁率の選択幅が広いデジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、地磁気センサに及ぼす影響を最少化しつつ携帯端末機器にデジタイザ機能を実現する際、携帯端末機器本体の各種部品から発生する電磁場を遮蔽すると同時にライトペンの感度向上を図ることができるデジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法、並びにこれを利用したデジタイザ機能を有する携帯端末機器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、非熱処理Fe系またはCo系非晶質リボンのような磁気履歴現象による地磁気センサの方位角測定誤差がほとんど発生せずにデジタイザ機能の遂行の際に必要な磁束を高感度に吸収することができるように透磁率をポリマーシートより高く、非熱処理Fe系またはCo系非晶質リボンと同一であるかさらに高い透磁率を有するように設定することによって、無線ライトペンを端末機器のディスプレイ表面に非接触状態でデジタイザ機能を実行することが可能で、便利性および耐久性を図ることができるデジタイザ用磁場遮蔽シートを備えた携帯端末機器を提供することにある。
また、本発明のまた他の目的は、非晶質合金のリボンまたはストリップを熱処理してナノ結晶粒微細組織を有するナノ結晶粒リボンを使用することによって磁場遮蔽機能のための透磁率を極大化すると同時に、フレーク処理によって反磁場を増加させて磁気飽和が起こらないように処理することによって磁気履歴現象の歪み問題を遮断できるデジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法を提供することにある。
また、本発明のまた他の目的は、ナノ結晶粒リボンのフレーク処理後、圧着ラミネーティング処理によってナノ結晶粒リボンの微細片の隙間を接着剤で詰めて水分浸透を防止すると同時に、微細片のすべての面を接着剤(誘電体)で囲むことによって微細片を相互絶縁(isolation)させて渦電流の低減を図り遮蔽性能が落ちることを防止できるデジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法を提供することにある。
また、本発明のまた他の目的は、ロールツーロール方法でフレークおよびラミネーティング処理を順次に遂行することによってシート成形が行われるため、シートの元の厚さを維持しつつ生産性が高く、製造コストが低廉なデジタイザ用磁場遮蔽シートおよびその製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、ナノ結晶粒合金からなりフレーク処理されて多数の微細片に分離された少なくとも1層の薄板状の磁性シート、前記薄板状の磁性シートの一側面に、第1接着層を通して接着される保護フィルム、および前記薄板状の磁性シートの他側面に、一側面に具備された第2接着層を通して接着される両面テープを含み、前記薄板状の磁性シートはナノ結晶粒合金からなる非晶質リボンを300℃乃至700℃で熱処理したことを特徴とするデジタイザ用磁場遮蔽シートを提供する。
本発明の他の特徴によれば、本発明は少なくとも一つの非晶質リボンシートを300℃乃至700℃で30分乃至2時間熱処理してナノ結晶粒微細組織が形成された薄板状の磁性シートを形成する段階、前記薄板状の磁性シートの両側面に保護フィルムと露出面にリリーズフィルムが形成された両面テープを付着して積層シートを形成する段階、前記積層シートをフレーク処理して前記薄板状の磁性シートを多数の微細片に分割する段階、および前記フレーク処理された積層シートをラミネートする段階を含み、前記積層シートはラミネート処理によって平坦化およびスリム化が行われると同時に前記保護フィルムと両面テープに具備された第1および第2接着層の一部が前記多数の微細片の隙間に充填されて前記多数の微細片を絶縁(isolation)させることを特徴とするデジタイザ用磁場遮蔽シートの製造方法を提供する。
本発明のまた他の特徴によれば、本発明はナノ結晶粒合金からなりフレーク処理されて多数の微細片に分離された少なくとも1層の第1磁性シート、前記第1磁性シートの一側面に、第1接着層を通して接着される保護フィルム、および前記第1磁性シートの他側面に、一側面に具備された第2接着層を通して接着される両面テープを含み、前記保護フィルムと両面テープに具備された第1および第2接着層の一部が前記多数の微細片の隙間に充填されて前記多数の微細片を絶縁(isolation)させ、前記第1磁性シートはB−Hループが初期磁化曲線内で変化することを特徴とするデジタイザ機能を有する携帯端末機器を提供する。
前記のように、本発明では磁場遮蔽シートによって地磁気センサに発生する歪みの中で方位角の歪みおよびセンサ感度の歪みは補正が可能であるが、磁気履歴現象の歪みは正確な補正が難しいことに鑑みて、磁気履歴現象の歪み問題が発生しない磁場遮蔽シートを提案する。その結果、本発明の磁場遮蔽シートは磁気履歴現象の歪み問題が発生せず、単に方位角の歪みおよびセンサ感度の歪みだけが発生し、このような歪みは補正を通して解決できるため、歪みがないナビゲーション機能を実現することができる。
このため、本発明では非晶質合金のリボンまたはストリップを熱処理してナノ結晶粒微細組織を有するナノ結晶粒リボンを製造する際、臨界温度以上の温度で過熱処理を実施することによってB−Hループが初期磁化曲線内で変化して、所望する特定の透磁率の遮蔽シート製造が容易であり、遮蔽シートの透磁率の選択幅が広くなる。
また、本発明は熱処理温度により遮蔽シートの透磁率を所望の値に容易に制御でき、デジタイザ機能を遂行するに必要な磁束を高感度に吸収できるように遮蔽シートの透磁率制御を容易に行うことができる。
また、本発明の磁場遮蔽シートは遮蔽シートの中で高価で透磁率が低いポリマーシートや厚さの長所および透磁率特性は優れているが地磁気センサに磁気履歴現象の歪みを発生させる非熱処理Fe系またはCo系非晶質リボンシートの代わりに、地磁気センサに及ぼす影響を最少化しつつ携帯端末機器にデジタイザ機能を実現する際に携帯端末機器本体の各種部品から発生する電磁場を遮蔽すると同時にライトペンの感度向上を図ることができる。
ナノ結晶粒リボンの場合、薄板のリボンがフレーク状になっても透磁率特性はほとんど変化しないことに鑑みて、熱処理を通してリボンの表面抵抗を高め、熱処理後にリボンをフレーク処理して、リボン表面積を減らすことによって反磁場を増加させて磁気飽和が起こらず、渦電流(Eddy Current)による損失を減らすことにした。
このため、本発明では非晶質合金のリボンまたはストリップを熱処理してナノ結晶粒微細組織を有するナノ結晶粒リボンを使用することによって、磁場遮蔽機能のための透磁率を極大化すると同時に、フレーク処理によって反磁場を増加させて磁気飽和が起こらないように処理することによって磁気履歴現象の歪み問題を遮断することができる。
本発明のナノ結晶粒リボンシートはフレーク処理によって多数の微細片に分離および/またはクラックが形成されているため、シートの一側面に沿って外部から磁場が印加される場合にも多数の微細片を通過しながら減衰が発生して磁場が入力されたシートの反対側にほとんど発散が行われない。
その結果、本発明ではナノ結晶粒リボンシートを備えた磁場遮蔽シートが携帯端末器に使用されるとき、シートの一側面に沿って外部から磁場が印加される場合にも地磁気センサにほとんど影響を与えなくなる。
また、本発明では非熱処理Fe系またはCo系非晶質リボンと違うように、遮蔽シートに磁気履歴現象が発生しないので補正アルゴリズムを通して地磁気センサの方位角誤差を除去でき、ポリマーシートより高い透磁率特性を持っているため、ペン機能は向上させながら地磁気センサの方位角誤差がほとんど発生しない長所がある。
このような熱処理、フレーク工程を通して製作されたナノ結晶粒リボンを磁場遮蔽シートとして使用する場合、渦電流(Eddy Current)による損失を大きく減らすことにより、デジタイザ機能の性能は極大化され、磁場は遮蔽されて携帯端末機器のバッテリーなどの部品に影響が及ばないように実現できる。
また、本発明ではFe系またはCo系非晶質リボンのような磁気履歴現象による地磁気センサの方位角測定誤差がほとんど発生せずにデジタイザ機能を遂行するに必要な磁束を高感度に吸収できるように透磁率をポリマーシートより高く、Fe系またはCo系非晶質リボンと同一であるかより高い透磁率を有するように設定することによって、無線ペンを端末機器のディスプレイ表面に非接触状態でペン機能を実行することが可能で便利性および耐久性を図ることができる。
さらに、本発明ではナノ結晶粒リボンのフレーク処理後に圧着ラミネーティング処理によってナノ結晶粒リボンの微細片の隙間を接着剤で詰めて水分浸透を防止すると同時に、微細片のすべての面を接着剤(誘電体)で囲むことによって微細片を相互絶縁(isolation)させて渦電流の低減を図り遮蔽性能が落ちることを防止することができる。
また、本発明ではロールツーロール方法でフレークおよびラミネーティング処理を順次に遂行することによってシート成形ができることになり、シートの元の厚さを維持しながらも生産性は高く、製造費用は低廉である。
本発明の望ましい実施例によるデジタイザ用磁場遮蔽シートを示す分解斜視図である。 図1で1枚のナノ結晶粒リボンシートを使用する実施例1を示す断面図である。 図1で2層構造のナノ結晶粒リボンシートを使用する実施例2であって、保護フィルムとリリーズフィルムが除去された状態の分解斜視図である。 図1で2層構造のナノ結晶粒リボンシートを使用する実施例2であって、組み立てられた磁場遮蔽シートの断面図である。 本発明に使用される保護フィルムの構造を示す断面図である。 本発明に使用される両面テープの構造を示す断面図である。 本発明による磁場遮蔽シートを製造する工程を説明するための工程図である。 本発明による磁場遮蔽シートに使用されるナノ結晶粒リボンシートの熱処理温度とシートの透磁率間の関係を示すグラフである。 本発明による積層シートのフレーク工程を示す断面図である。 本発明による積層シートのフレーク工程を示す断面図である。 本発明による積層シートをフレーク処理した状態を示す断面図である。 本発明によるフレーク処理された積層シートのラミネート工程を示す断面図である。 本発明によるフレーク処理された積層シートのラミネート工程を示す断面図である。 本発明の実施例1による無線充電器用磁場遮蔽シートをフレーク処理後、ラミネートした状態を示す断面図である。 本発明のフレーク処理後、ラミネート工程を経ない磁場遮蔽シートの湿度テストを経た拡大写真である。 本発明のフレーク処理後、ラミネートされた磁場遮蔽シートの湿度テストを経た後の拡大写真である。 本発明の実施例3により互いに異なる透磁率を有する異種材料を使って構成したハイブリッド型磁場遮蔽シートを示す構成図である。 本発明の実施例3により互いに異なる透磁率を有する異種材料を使って構成したハイブリッド型磁場遮蔽シートを示す構成図である。 本発明の実施例3により互いに異なる透磁率を有する異種材料を使って構成したハイブリッド型磁場遮蔽シートを示す構成図である。 本発明の実施例4により電磁波遮蔽機能を備えたデジタイザ用磁場遮蔽シートを示す断面図である。 本発明による磁場遮蔽シートがデジタイザ機能を有する携帯端末器に適用された構造を示す概略分解斜視図である。 非熱処理Fe系非晶質リボンシートのB−Hループを示すグラフである。 本発明による磁場遮蔽シートに使用されるナノ結晶粒リボンシートのB−Hループを示すグラフである。 インダクタンス値が19uHである非熱処理Fe系非晶質リボンシート(比較例1)を適用する際、5つの地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が19uHである非熱処理Fe系非晶質リボンシート(比較例1)を適用する際、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が15uHであるポリマーシート(比較例2)を適用する際、5つの地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が15uHであるポリマーシート(比較例2)を適用する際、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が16.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例1)を適用する際、5つの地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が16.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例1)を適用する際、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が17.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例2)を適用する際、5つの地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が17.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例2)を適用する際、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が18.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例3)を適用する際、5つの地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が18.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例3)を適用する際、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が19.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例4)を適用する際、5つの地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 インダクタンス値が19.5uHである本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例4)を適用する際、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。 Fe系非晶質リボンシート(比較例1)、メタルパウダーシートおよび本発明のナノ結晶粒リボンシート(実施例1および2)に対する周波数別インダクタンス変化を示すグラフである。
前述した目的、特徴および長所は添付図面を参照して以下に詳細に後述する実施例を通してさらに明らかになり、これに基づいて本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術的な思想を容易に実施できるだろう。
そして、本発明を説明するにあたって、関連の公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に濁すと判断される場合、その詳しい説明を省略する。
図1乃至図5を参考にすれば、本発明の実施例による磁場遮蔽シート10は薄板状の磁性シートであって、非晶質合金のリボンまたはストリップ(以下、単に“リボン”という)を熱処理してナノ結晶粒微細組織を有しフレーク処理されて多数の微細片20に分離および/またはクラックが形成された1層または2層のナノ結晶粒リボンシート2、前記ナノ結晶粒リボンシート2の一側面に接着される保護フィルム1、前記ナノ結晶粒リボンシート2の他側面に積層される両面テープ3、前記両面テープ3の露出面に接着されるリリーズフィルム4を含んでいる。
また、ナノ結晶粒リボンシート2が2層構造の場合、中間に両面テープが挿入されている。
前記ナノ結晶粒リボンシート2はFe系ナノ結晶粒磁性合金からなる薄板のリボンを使用することができる。
Fe系ナノ結晶粒磁性合金は、次の数式1を満足する合金を使用することが好ましい。
上記数式1で、AはCuおよびAuから選択される少なくとも1種の元素を、DはTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ni、Coおよび希土類元素から選択される少なくとも1種の元素を、EはMn、Al、Ga、Ge、In、Snおよび白金族元素から選択される少なくとも1種の元素を、ZはC、NおよびPから選択される少なくとも1種の元素を表し、c、d、e、f、gおよびhは関係式0.01≦c≦8at%、0.01≦d≦10at%、0≦e≦10at%、10≦f≦25at%、3≦g≦12at%、15≦f+g+h≦35at%をそれぞれ満足する数で、前記合金構造の面積比で20%以上が粒径50nm以下の微細構造からなる。
上記数式1において、A元素は合金の耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防止すると共に、ワット損や合金の透磁率などの磁気特性を改善するために使用される。A元素の含有量が少なすぎれば、結晶粒粗大化の抑制効果が得難くなる。反対に、A元素の含有量が多すぎれば、磁気特性が劣化する。したがって、A元素の含有量は0.01ないし8at%の範囲とすることが好ましい。D元素は結晶粒径の均一化および磁気変形の低減などに有効な元素である。D元素の含有量は0.01ないし10at%の範囲とすることが好ましい。
E元素は合金の軟磁気特性および耐食性の改善に有効な元素である。E元素の含有量は10at%以下とすることが好ましい。SiおよびBは磁性シートの製造時における合金のアモルファス化を組成する元素である。Siの含有量は10ないし25at%の範囲とすることが好ましく、Bの含有量は3ないし12at%の範囲とすることが好ましい。また、SiおよびB以外の合金のアモルファス化組成元素としてZ元素が合金に含まれていてもよい。この場合、Si、BおよびZ元素の合計含有量は15ないし35at%の範囲とすることが好ましい。微細結晶構造は粒径が5ないし30nmの結晶粒が合金構造の中、面積比で50ないし90%の範囲に存在する構造を具現できるように形成することが望ましい。
また、前記ナノ結晶粒リボンシート2に使用されるFe系ナノ結晶粒磁性合金はFe−Si−B−Cu−Nb合金が用いられ、この場合、Feが73−80at%、SiおよびBの和が15−26at%、CuとNbの和が1−5at%であることが好ましい。このような組成範囲がリボン形態に製作された非晶質合金が後述する熱処理によってナノ状の結晶粒に容易に析出できる。
本発明の実施例1による磁場遮蔽シート10は図2に示されているように、磁性シートとして1枚のナノ結晶粒リボンシート2を使って一側面に保護フィルム1が接着され、他側面に両面テープ3を通じてリリーズフィルム4が接着される構造を有する。
また、本発明の実施例1による磁場遮蔽シート10はスマートフォンより面積が大きい大型ディスプレイ、例えば、幅が100mmの携帯端末機器の場合、50mm幅を有する2枚のシートを長さ方向に合わせ、またはオーバーラップ連結して使用することができる。通常、現在生産される非晶質リボンは幅が約50mm程度であるため、2枚のシートを長さ方向に合わせ連結して使用する場合、幅が100mmの携帯端末機器用磁場遮蔽シート10がカバーできることになる。
さらに、図3aおよび図3bに示された実施例2のように、幅が100mmの携帯端末機器用磁場遮蔽シート10bを構成する場合、磁性シートは1層に第1および第2ナノ結晶粒リボンシート21、22を2枚合わせ、またはオーバーラップ連結し、その上に広幅の両面テープ3aを積層した後、両面テープ3aの上部に第1および第2ナノ結晶粒リボンシート21、22と直角方向に交差して第3および第4ナノ結晶粒リボンシート23、24を2枚合わせ連結して積層する方式で広幅の携帯端末機器用磁場遮蔽シート10bを構成することができる。
前記のように多数のナノ結晶粒リボンシート21−24を積層して使用する場合、実施例2のように多数のナノ結晶粒リボンシート21−24の間には両面テープ3aが挿入されている。
本発明に使用される保護フィルム1は、図4のように例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリフェニレンスルファイド(PPS)フィルム、ポリプロピレン(PP)フィルム、ポリテレフタレート(PTFE)のようなフッ素樹脂系フィルムなどの基材11が用いられ、一側面に第1接着層12が形成されたものを使用し、ナノ結晶粒リボンシート2、21−24の一側面に付着する際、第1接着層12の他面に第1接着層12を保護するために付着したリリーズフィルム4aは除去して付着する。
また、保護フィルム1は1ないし100μm、好ましくは10−30um範囲のものが用いられ、さらに望ましくは10umの厚さを持った方が良い。
また、両面テープ3、3a、3bは図5に示されているように例えば、PET(Polyethylene Terephthalate)フィルムのようなフッ素樹脂系フィルムからなる基材32に用いて両側面に接着層31、33が形成されたものを使用し、第2および第3接着層31、33の外側面にはそれぞれ第2および第3接着層31、33を保護するためにリリーズフィルム4、4bが付着している。
前記両面テープ3a、3bはナノ結晶粒リボンシート21−24を相互接合させるためにナノ結晶粒リボンシート21−24の間に挿入される場合、両側面のリリーズフィルム4、4bいずれもを除去して使用し、積層されたナノ結晶粒リボンシート21−24の最下側のナノ結晶粒リボンシート21、22の外部に結合された両面テープ3bは外部に露出する第3接着剤層33を保護するためにリリーズフィルム4が付着した状態で製造が行われる。
両面テープ3、3a、3bは前述したような基材があるタイプと、基材なしに接着層だけで形成される無基材タイプも適用可能である。ナノ結晶粒リボンシート21−24の間に挿入される両面テープ3a、3bの場合、無基材タイプを使うのが薄膜化の側面から望ましい。
前記保護フィルム1とリリーズフィルム4に使用される接着層3、31、33は、例えば、アクリル系接着剤が用いられるが、他の種類の接着剤を使用してもよい。
両面テープ3は10、20、30umの厚さを有するものが用いられ、好ましくは10umの厚さを持った方が良い。
本発明の実施例による磁場遮蔽シート10、10a、10bは図1乃至図3に示されているように、デジタイザ54に対応する長方形からなることができ、好ましくは、磁場遮蔽が要求される部位の形状によりこれに対応する形状を有する。
前記磁場遮蔽シート10に使用されるナノ結晶粒リボンシート2は1枚当たり例えば、15ないし35umの厚さを有するものを使用することができる。この場合、ナノ結晶粒リボンシート2の熱処理後のハンドリングとリボンを2枚以上重なる時の処理工程を考慮すれば、ナノ結晶粒リボンシート2の厚さは25ないし30umに設定したことが望ましい。リボンの厚さが薄いほど熱処理後のハンドリング時に若干の衝撃にもリボンの破れ現象が発生し、特に、二枚のリボンを重ねる場合、リボンが薄膜であるからリボンの当接面にしわが生じたりしてハンドリングがしにくい問題が発生する可能性がある。
以下、本発明の実施例による磁場遮蔽シート10の製造方法を図6を参考にして説明する。
まず、Fe系非晶質リボンとしてナノ結晶粒合金、例えば、Fe−Si−B−Cu−Nb合金からなる30um以下の極薄型非晶質リボンをメルトスピニングによる急冷凝固法(RSP)で製造した後(S11)、熱処理後の後処理を容易にできるように、まず、一定の長さにカッティングしてシート形状に積層する(S12)。
その後、積層された非晶質リボンシートは300℃乃至700℃の温度で30分乃至2時間熱処理を行うことによって、ナノ結晶粒が形成されたナノ結晶粒リボンシート2、21−24を形成する(S13)。
前記ナノ結晶粒リボンシート2、21−24はナノ結晶粒合金をリボンまたはストリップ形状で製造した後、300℃乃至700℃の熱処理温度区間(Tp)で30分乃至2時間無磁場熱処理を行うことによって微細結晶粒子を析出させる方法を通して得られる。この場合、熱処理雰囲気はFeの含有量が70at%以上であるため、大気中で熱処理を行うと酸化が行われるので視覚的な側面から望ましくないし、したがって、窒素雰囲気で行われることが望ましい。しかし、酸化雰囲気で熱処理を行う場合、同一の温度条件であればシートの透磁率は実質的に差がない。
この場合、熱処理温度が300℃未満の場合、ナノ結晶粒が十分に生成されなくて所望する透磁率が得られず熱処理時間が長くかかる問題があり、また、後続のフレーク工程を処理する時に磁性シートのフレークがよく起こらず、700℃を超える場合は過熱処理によって透磁率が顕著に低くなる問題がある。熱処理温度が低ければ処理時間は長くなり、反対に熱処理温度が高ければ処理時間は短くなることが望ましい。
図7を参照すれば、非晶質リボンを熱処理する場合、熱処理温度が増加して300℃でナノ結晶粒が生成され、熱処理された非晶質リボン、つまり、シートのインダクタンス値は温度上昇により増加し、580℃乃至600℃であるときにシートのインダクタンス値は最大に増加する。その後、580℃乃至600℃を超えて700℃の間の温度で過熱処理すれば、シートのインダクタンス値は熱処理温度に反比例して急激に減少した値を示す。前記非晶質リボンは個別的な偏差があって580℃乃至600℃の間で最大のインダクタンス値を表している。
シートの透磁率はインダクタンス値に比例する。したがって、580℃乃至600℃の温度を超えて700℃の間の温度で過熱処理が行われると、シートのインダクタンス値はほとんどリニアに減少する特性を示す点を利用して所望する透磁率を有するシートを容易に製造することができる。
また、前記非晶質リボンは580℃乃至700℃の間の過熱処理温度区間(To)で過熱処理が行われると脆性が強くなり、後続工程でフレーク処理を実施する際に容易にフレークになることになる。さらに、前記過熱処理温度区間(To)が広くてこの過熱処理温度区間(To)を利用して熱処理すれば遮蔽シートの透磁率の選択幅が広くなる。
前記熱処理されたシートの表面透磁率は12.1uHのコイルを使ってLCRメートルに100kHz、1Vの条件でシートのインダクタンス値を測定した後、求められたシートのインダクタンス値から換算して求められる。
ポリマーシートの場合は15uH、非熱処理Fe系非晶質シートの場合は19.5uHのインダクタンス値が得られる。
本発明では300℃乃至700℃の熱処理が行われることによって熱処理されたナノ結晶粒リボンシートは13ないし21uH範囲のインダクタンス値を示す。熱処理されたナノ結晶粒リボンシートをデジタイザ用磁場遮蔽シートとして使用する場合は13ないし21uH、好ましくは15ないし21uH範囲のインダクタンス値を有するように熱処理して所望する透磁率を選択することができる。インダクタンス値が13ないし15uHの間のナノ結晶粒リボンシートを遮蔽シートとして使用する場合、透磁率が低いためにライトペンの感度は低いが、地磁気センサは透磁率が低くて補正なしに使用可能で、地球磁場の変化に応じた磁気履歴現象が現れないので、磁気履歴現象に起因した方位角誤差は発生しない。
次に、熱処理が行われたナノ結晶粒リボンシート2を1枚または2枚を使用し、一側に保護フィルム1を付着し、他側にリリーズフィルム4付きの両面テープ3を付着した状態でフレーク処理を実施する(S14)。
前記積層されるナノ結晶粒リボンシート21−24を2層に積層する場合、リボンシート21−24の間に両面テープ3aを挿入して相互接着が行われるようにする。
前記フレーク処理は例えば、保護フィルム1、ナノ結晶粒リボンシート2および両面テープ3とリリーズフィルム4が順次に積層された積層シート100は図8および図9に示された第1および第2フレーク装置110、120を通過させて、ナノ結晶粒リボンシート2を多数の微細片20に分離する。この場合、分離された多数の微細片20は図10のように両側面に接着された第1および第2接着層12、31によって分離された状態を維持することになる。
使用可能な第1フレーク装置110は例えば、図8に示されているように、外面に複数の凹凸116が形成される金属ローラ112と、金属ローラ112に対向して配置されるゴムローラ114で構成され、第2フレーク装置120は図9に示されているように、外面に複数の球形ボール126が装着される金属ローラ122と、金属ローラ122に対向して配置されるゴムローラ124で構成される。
このように、積層シート100が第1および第2フレーク装置110、120を通過すれば図10に示されているように、ナノ結晶粒リボンシート2は多数の微細片20に分離されながら微細片20の間には隙間20aが発生することになる。
ナノ結晶粒リボンシート2の多数の微細片20は数十um〜3mm、好ましくは数百um〜1mm範囲の大きさを有するように形成されるので、反磁場を増加させてヒステリシスロスを除去することによってシートに対する透磁率の均一性を高めることができる。
また、ナノ結晶粒リボンシート2はフレーク処理によって微細片20の表面積を減らすことによって、交流磁場によって生成される渦電流(Eddy Current)に起因した発熱問題を遮断することができる。
フレーク処理された積層シート200は微細片20の間に隙間20aが存在することになり、この隙間20aに水分が浸透すると非晶質リボンが酸化されて非晶質リボンの外形が良くないことになり、遮蔽性能が落ちることになる。
また、フレーク処理だけが行われる場合、微細片20の流動により微細片20が互いに接触することによって微細片20の大きさが増加して渦電流損失が増加する問題が発生する。
さらに、前記フレーク処理された積層シート200はフレーク処理時にシートの表面不均一が発生でき、フレーク処理されたリボンの安定化が必要である。
したがって、フレーク処理された積層シート200は微細片20の間の隙間20aに接着剤で詰めると同時に、平坦化、スリム化および安定化のためのラミネート工程を実施する(S15)。その結果、水分浸透を防止すると同時に微細片20のすべての面を接着剤で囲むことによって微細片20を相互分離させて渦電流の低減を図ることができる。
前記ラミネート工程のためのラミネート装置400、500は図11のようにフレーク処理された積層シート200が通過する第1加圧ローラ210および第1加圧ローラ210と一定の間隔をおいて配置される第2加圧ローラ220で構成されるロールプレスタイプが適用され、図12に示されているように、下部加圧部材240と下部加圧部材240の上側に垂直方向に移動可能に配置される上部加圧部材250で構成される油圧プレスタイプが用いられる。
フレーク処理された積層シート200を常温または50ないし80℃の温度で熱を加えた後にラミネート装置400、500を通過させれば保護フィルム1の第1接着層12が加圧されながら第1接着層12の一部接着剤が隙間20aに流入すると共に、両面テープ30が加圧されながら第2接着層31の一部接着剤が隙間20aに流入して隙間20aを密封することになる。
ここで、第1接着層12および第2接着層31は常温で加圧して変形可能な接着剤を使用したり、熱を加えれば変形される熱可塑性接着剤が用いられる。
そして、第1接着層12および第2接着層31の厚さは多数の微細片の間の隙間20aを十分に詰めることができるように非晶質リボンの厚さ対比50%以上の厚さを持つことが望ましい。
また、第1接着層12および第2接着層31の接着剤が隙間20aに流入できるように第1加圧ローラ210と第2加圧ローラ220の間の間隔および上部加圧部材が下降した状態であるとき、上部加圧部材250と下部加圧部材240の間の間隔は積層シート200の厚さの50%以下に形成することが望ましい。
本発明では積層シート100、200のフレークおよび圧着処理が可能であれば、その装置は、特に限定されない。
前記ラミネート工程が完了すると、本発明による電磁波吸収シート10は図13に示されているように、ナノ結晶粒リボンシート2が多数の微細片20に分離された状態で第1接着層12および第2接着層31がそれぞれ部分的に微細片20の間の隙間20aを充填してナノ結晶粒リボンシート2の酸化および流動を防止する構造を持つことになる。
最後に、前記ラミネートされた磁場遮蔽シート10−10bはデジタイザ54に対応する大きさの四角形状にスタンピング加工されて製品化が行われる(S16)。
前記実施例では1つの保護フィルム1を磁性シート2の一側に付着してフレークおよびラミネート処理することを例示しているが、フレーク処理工程を経れば保護フィルム1の損傷が発生することができる。したがって、好ましくは保護フィルム1の上部に保護フィルム1を保護するための他の保護フィルムを付着して処理工程を進行し、処理が完了した後に表面の保護フィルムを剥離して除去した方が良い。
(湿度テスト)
前記でフレークおよびラミネート工程を経て得られた本発明による磁場遮蔽シート10とフレーク処理後にラミネート工程を経ない積層シート200に対して温度85℃、湿度85%で120時間湿度テストを進行した。
その結果、フレーク処理だけを実施した積層シート200の場合、図14aに示されているように、非晶質リボンが多数の微細片に分離された状態であるときに微細片の間の隙間に水分が浸透し非晶質リボンが酸化されて外形が変化したことが分かり、本発明による磁場遮蔽シート10は図14bのように外形が変化しないことが分かる。
前記図3aおよび図3bに示された2層構造の実施例2による磁場遮蔽シート10bは磁性シートとして同一のナノ結晶粒リボンシート21−24を利用して構成したが、本発明による磁場遮蔽シートは図15a乃至図15cに示された実施例3のように異種材料からなるハイブリッド型薄板状の磁性シートを使って構成することもできる。
図15aを参考にすれば、実施例3のハイブリッド型薄板状の磁性シート35は高透磁率の第1磁性シート35aと前記第1磁性シートより透磁率が低い低透磁率の第2磁性シート35bの間に接着層35cを挿入して組み合わせたハイブリッド形態で構成することができる。
前記第1磁性シート35aとしては前記ナノ結晶粒合金からなるナノ結晶粒リボンシート、軟磁性特性に優れたパーマロイ(permalloy)シートまたはMPP(Moly Permalloy Powder)シートなどを適用することができる。
第2磁性シート35bは非晶質合金粉末、軟磁性体粉末、センダストのような高透磁率の磁性粉末と樹脂からなるポリマーシートを使用することができる。
この場合、非晶質合金粉末は例えば、Fe−Si−B、Fe−Si−B−Cu−Nb、Fe−Zr−BおよびCo−Fe−Si−Bからなる群より選択される組成を有し非晶質の合金を1種以上含む非晶質合金粉末を使用することが好ましい。
また、ハイブリッド型薄板状の磁性シート36は図15bに示されているように、第1磁性シート36aとして中央部に一定面積のナノ結晶粒リボンシートを使って、前記第1磁性シート36aの外部に第1磁性シート36aを全体的に囲む環状の第2磁性シート36bをポリマーシートまたはフェライトループを組み合わせることも可能である。つまり、ナノ結晶粒リボンシートに比べて相対的に透磁率が小さいポリマーシートまたはフェライトをループ形態に形成してナノ結晶粒リボンシートの外郭に配置する。その結果、地磁気センサ60に対する影響を最少化しながらデジタイザに及ぼす磁場を遮蔽することができる。
さらに、図15cを参考にすれば、実施例3のハイブリッド型薄板状の磁性シート37は面積が互いに異なる第1および第2磁性シート37a、37bで構成し、第1磁性シート37aは大面積にナノ結晶粒リボンシートを使用し、第2磁性シート37bは第1磁性シート37aの一側面にナノ結晶粒リボンシートより高い透磁率を有する磁性シート、例えば、非熱処理鉄系非晶質シートを約2−3mm程度の幅でハイブリッド形態に組み合わせることも可能である。
前記ハイブリッド形態の薄板状の磁性シート37を構成する場合、第2磁性シート37bは第1磁性シート37aと重なったり、部分的にオーバーラップされながら延長形成されたり、第1磁性シート37aと平坦に延長されることができる。ハイブリッド形態の薄板状の磁性シート37を用いた磁場遮蔽シートを携帯端末器50に適用する場合、鉄系非晶質シートからなる第2磁性シート37bはメイン回路基板57に配置された地磁気センサ60から遠くに配置されるように設けられる。
前記鉄系非晶質シートからなる高透磁率の第2磁性シート37bは地磁気センサ60に対する影響を最小化することができる範囲で用いられ、高透磁率の磁場遮蔽シートはデジタイザ機能を遂行するに必要な電磁波を吸収できるようにする、つまり、磁束の伝達率を増加させることによってライトペンの感度が向上する。
一方、図15cに示された実施例3のハイブリッド型薄板状の磁性シート37は第2磁性シート37bが第1磁性シート37aの透磁率より高い磁性シートを使用したが、これとは反対に、第2磁性シート37bが第1磁性シート37aの透磁率より低い磁性シートを使用することも可能である。
つまり、第1磁性シート37aはナノ結晶粒リボンシートを使用し、第2磁性シート37bはポリマーシートを使用し、透磁率が低い第2磁性シート37bはメイン回路基板57に配置された地磁気センサ60と近い側に配置されるように設けられる。その結果、地磁気センサ60に対する影響を最少化しながらデジタイザに及ぼす磁場を遮蔽することができる。
一方、図16には本発明の実施例4による電磁波遮蔽機能を有する遮蔽シートが示されている。
実施例4の遮蔽シート10cは実施例1による磁場遮蔽シート10の一側面に電磁波を遮蔽するための付加機能を備えるように導電率に優れたCuまたはアルミニウム箔からなる伝導体シート5を両面テープまたは接着剤を利用して接着させた構造を有する。前記伝導体シート5は5ないし100um、好ましくは厚さ10ないし20umである。
また、前記伝導体シート5を箔形態で構成する代わりに、Cu、Ni、Ag、Al、Au、Sn、Zn、Mnまたはこれら金属の組み合わせの薄膜金属層をスパッタリング方法で形成することも可能である。
前記電磁波遮蔽機能を有する遮蔽シート10cは、例えば、電源ノイズのような電磁波がひどく発生するノートパソコンにデジタイザ機能を備える場合、ノートパソコン本体から発生した電磁波がデジタイザに影響を与えることを遮断するために用いられる。
この場合、実施例4の遮蔽シート10cは伝導体シート5がメイン回路基板に向かって露出するようにデジタイザパネル(PCB)の背面に両面テープ3を通じて付着して使用される。
一方、前記本発明による磁場遮蔽シートがデジタイザ機能を有する携帯端末器に適用された構造を図17を参考にして以下に説明する。
図17は本発明による磁場遮蔽シートがデジタイザ機能を有する携帯端末器に適用された構造を示す概略分解斜視図である。
図17を参考にすれば、本発明による携帯端末器50はタッチスクリーンパネル52、ディスプレイパネル53、デジタイザパネル54、磁場遮蔽シート10、ブラケット56、メイン回路基板57および背面カバー58が順次に結合し、非接触方式で端末器50から電力を受信して活性化されるライトペン51を備えている。
携帯端末器50は上部面に端末器と使用者の間のインターフェース役割を果たすようにLCDまたはアモレッド(AMOLED)タイプのディスプレイパネル53の前面に一体型タッチパネル52が配置されている。前記タッチスクリーンパネルは例えば、アモレッドディスプレイの真上に蒸着形態に被覆する‘オンセル(On−Cell)’方式で具現される。
前記端末器50にデジタイザ機能を実現するために前記ペン51は端末器50と無線通信を通して情報をやりとりするように内部に無線通信のためのコイル形状のアンテナおよび回路素子が内蔵されているので、非接触方式で電力を受信して回路を駆動する。
このため、ペン51は電磁誘導結合方式による無線充電機能を応用して端末器で発生した100〜200kHz帯域の交流磁場を受信してペン51に無線で電力を送信して内部の回路素子を駆動し、再び500kHz以上の周波数を利用して端末器50のデジタイザパネル54とペン51の間の無線通信をやりとりする。
ライトペンの機能はタッチスクリーン/ディスプレイパネル52、53の下側に配置されたデジタイザパネル54によって具現される。デジタイザパネル54は薄い金属膜でここに電気を流せば薄い電磁場が作られ、ペン51の端部には交流磁場を発生する超小型アンテナコイルが備えられている。
デジタイザ機能を利用する場合、ペン51の先端部がタッチスクリーンパネル52に近接すれば電磁誘導現象が起こりながらタッチスクリーン/ディスプレイパネル52、53の下側に配置されたデジタイザパネル54にすでに形成された電磁場に変形が発生し、このような磁場の変形を一側の角部に配置されたセンサを通して感知してX、Y座標を認識しペンの動作を認識する。
前記電磁誘導現象を利用したデジタイザ機能を使用するためには、メイン回路基板56の各種部品から発生する電磁場がデジタイザパネル54に影響を与えることを遮蔽することが必要である。したがって、デジタイザパネル54とメイン回路基板57の間に磁場遮蔽シート10が挿入される。
前記磁場遮蔽シート10は両面テープなどを利用してデジタイザパネル54の背面に密着させる方法と、別途の固定用ブラケット56を使ってデジタイザパネル54の背面に着脱可能に結合することができる。
つまり、磁場遮蔽シート10を付着する方法は、磁場遮蔽シート10のリリーズフィルム4を除去し両面テープ3をデジタイザパネル54の背面に付着することができる。
また、前記磁場遮蔽シート10を付着する方法の代わりに、磁場遮蔽シート10の保護フィルム1の上部には別途の両面テープを使ってデジタイザパネル54の背面に付着し、磁場遮蔽シート10の下部にはリリーズフィルム4を除去し露出した両面テープ3の接着層33に仕上材を付着することができる。
一方、端末器にはナビゲーションや増強現実などの機能実現のために地磁気センサ60が備えられ、メイン回路基板57の一側の角部に配置されている。
前記磁場遮蔽シート10はデジタイザ機能に影響が及ばないようにデジタイザパネル54と対応する大きさからなる。この場合、磁場遮蔽シート10はメイン回路基板57の大きさより多少小さく形成され、携帯端末器内部で磁場遮蔽シート10と地磁気センサ60の間には少なくとも2mm間隔を維持することが望ましい。
本発明による磁場遮蔽シート10は前記のように地磁気センサ60に近接して共に携帯端末器に使用される場合にも、地磁気センサ60に影響を与えることを最小化する。
前記のように、本発明による磁場遮蔽シート10はナノ結晶粒微細組織を有しフレーク処理されて多数の微細片20に分離および/またはクラックが形成された少なくとも1層のナノ結晶粒リボンシート2を具備することによって、磁場遮蔽機能のための透磁率の極大化が行われると同時にフレーク処理によってリボンの表面積を減らすことによって反磁場(demagnetizing field)が増加して磁気飽和が起こらないことになる。
また、前記ナノ結晶粒リボンシート2はフレーク処理によってリボンの表面積を減らすことによって交流磁場によって生成される渦電流(Eddy Current)に起因した発熱問題を遮断することができる。
一方、携帯端末器に採用された磁場遮蔽シートは主にシートの垂直方向に沿って印加される垂直磁場を遮蔽するように内蔵される。しかし、携帯端末器は地球磁場を含んで地球磁場より非常に高い磁場がシートの側面から印加される状況に置かれることができる。
従来の鉄(Fe)系非晶質リボンシートが磁場遮蔽シートに適用された場合、シートの一側面に沿って外部から磁場が印加されると、シートの平面に沿って通過して磁場が入力されたシートの反対側に発散が行われることになる。その結果、地磁気センサ60はX、Y、Z方向の感度の強度差が発生して角度誤差が発生する問題がある。
これに反し、本発明のナノ結晶粒リボンシート2はフレーク処理によって多数の微細片20に分離および/またはクラックが形成されているため、シートの一側面に沿って外部から磁場が印加される場合にも多数の微細片20を通過しながら減衰が発生して磁場が入力されたシートの反対側にほとんど発散が起こらない。
その結果、本発明ではナノ結晶粒リボンシート2を備えた磁場遮蔽シート10が携帯端末器50に使用されると、シートの一側面に沿って外部から磁場が印加される場合にも地磁気センサ60にほとんど影響を与えないことになる。
一方、鉄系非晶質リボンシートのB−Hループ、つまり、磁気履歴曲線(magnetic hysteresisloop)をみると、図18に示されているように、飽和誘導を得るための最小磁場の飽和磁場(Saturation field:Hs)値が約32A/m(0.4G)に示され、約0.5G値を有する地球磁場より低い値を有する。
したがって、Fe系非晶質リボンシートは地球磁場の変化にも履歴現象を示すことになり、その結果、Fe系非晶質リボンシートが適用された端末器に使用される地磁気センサはFe系非晶質リボンシートによる磁気履歴現象まで補正しなければならない致命的な短所を持つことになる。
これに反し、本発明の磁場遮蔽シート10に使用されるナノ結晶粒リボンシート2の磁気履歴曲線を見れば図19に示されているように、飽和磁場(Hs)値が約870A/m(≒10.9G)で約0.5G値を有する地球磁場より非常に高い値を有する。
したがって、地球磁場の変化にもナノ結晶粒リボンシート2は履歴現象を示さずに初期磁化曲線内で変化することになり、その結果、本発明の磁場遮蔽シート10が適用された端末器50に装着された地磁気センサ60はナノ結晶粒リボンシート2による磁気履歴現象がないため、非熱処理鉄系非晶質リボンシートが磁場遮蔽シートに適用された場合と比較して、方位角補正が容易でより高い正確度を有する長所がある。
つまり、本発明の磁場遮蔽シートを使用する場合、地磁気センサは磁気履歴現象の歪み問題が発生せず、単に方位角の歪みとセンサ感度の歪みだけが発生し、このような歪みは補正を通して解決可能であるため、歪みのないナビゲーション機能を実現できることになる。
また、前記のように、高透磁率の磁場遮蔽シート10が携帯端末器10のデジタイザパネル54に備えられる場合、携帯端末機器で無線通信またはNFC(Near field communications)やRFIDのような付加機能を実行するときに発生する交流磁場によってデジタイザパネル54に及ぼす影響を遮断すると同時に、高透磁率の磁場遮蔽シート10がデジタイザ機能を遂行するに必要な電磁波を吸収できるようにする、つまり、磁束の伝達率が増加することによってライトペンの感度が向上する。
以下、本発明を実施例を通してより具体的に説明する。しかし、以下の実施例は本発明の例示に過ぎないものであり、本発明の範囲がこれに限定されるものではない。
比較例1:非熱処理Fe系非晶質リボンシートを磁場遮蔽シートに使うときの地磁気センサの特性
比較例1では磁性シートとして27um厚さの非熱処理Fe系非晶質リボンを使って両側面にそれぞれ10um厚さの保護フィルムと両面テープを付着して19.5uHインダクタンス値を有する非熱処理Fe系非晶質リボンシートをデジタイザ機能を有する携帯端末機器に磁場遮蔽シートとして使うとき、地磁気センサに対する動作特性を測定して図20aおよび図20bに示した。
図20aはインダクタンス値が19.5uHである比較例1のシートを適用する場合、5つの地磁気センサの角度誤差を比較して示すグラフであって、5つの地磁気センサを0度から360度まで10度間隔で測定して各方位角度に対する地磁気センサの方位角度が歪んだ程度を示したものである。
図20bはインダクタンス値が19.5uHである比較例1のシートを適用する場合、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフであって、それぞれ右側方向(実線)と左側方向(点線)に回転させながら0度から360度まで10度間隔で測定して各方位角度に対する地磁気センサの方位角度が歪んだ程度を示したものである。
図20aを参考にすれば、比較例1の非熱処理Fe系非晶質リボンシートを磁場遮蔽シートに使うとき、地磁気センサの特性は角度誤差が約160度程度発生して地磁気センサとしての機能が失われた状態であり、図20bを参考にすれば、回転方向に応じた履歴現象も大きく非熱処理Fe系非晶質リボンシートの影響でオフセット(offset:円が原点から外れた程度)がY軸方向に100%程度歪んだ状態であり、感度もシートの磁気履歴(magnetic hysteresis)の影響でX軸がY軸に比べて約60%程度小さく示された。
比較例2:ポリマーシートを磁場遮蔽シートに使うときの地磁気センサの特性
比較例2ではポリマーシートの一種として高透磁率のセンダスト(Sendust)合金(つまり、Fe−Si−Al合金)粉末をバインダー役割を果たすポリマーと混合して製造された15uHインダクタンス値を有する50um厚さのセンダストシートの両側面にそれぞれ10um厚さの保護フィルムと両面テープを付着してデジタイザ機能を有する携帯端末機器に磁場遮蔽シートとして使うとき、地磁気センサに対する動作特性を測定して図21aおよび図21bに示した。
図21aはインダクタンス値が15uHである比較例2のセンダストシートを適用する場合、5つの地磁気センサの角度誤差を比較して示すグラフであり、図21bはインダクタンス値が15uHである比較例2のセンダストシートを適用する場合、回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフであって、比較例1と同様な方法で測定した。
図21aを参考にすれば、比較例2のセンダストシートを磁場遮蔽シートに使うとき、地磁気センサの特性は、角度誤差が約10度程度発生して地磁気センサの正確度は若干落ちた状態であり、図21bを参考にすれば、回転方向に応じた履歴現象は非常に小さくセンダストシートの影響でオフセットはY軸方向に約16%程度歪んだ状態であり、感度はY軸がX軸に比べて約8%程度小さく示された。
実施例1:ナノ結晶粒リボンシートを磁場遮蔽シートに使うときの地磁気センサの特性
実施例1では磁性シートとして25um厚さ、16.5uHインダクタンス値を有するナノ結晶粒リボンシートを使って両側面にそれぞれ10um厚さの保護フィルムと両面テープを付着して積層した後、フレークおよびラミネート工程を経てデジタイザ機能を有する携帯端末機器に磁場遮蔽シートとして使うとき、地磁気センサに対する動作特性を測定して図22aおよび図22bに示した。
図22aおよび図22bはそれぞれインダクタンス値が16.5uHである実施例1のシートを適用する場合、5つの地磁気センサの角度誤差と回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフであって、比較例1と同様な方法で測定した。
図22aを参考にすれば、5つの地磁気センサの歪んだ程度を測定すれば角度誤差が約9度程度発生して地磁気センサの正確度は若干落ちた状態であり、図22bを参考にすれば、回転方向に応じた履歴現象は非常に小さく実施例1のシートの影響が小さくてオフセットもY軸方向に約7%程度歪んだ状態であり、感度も影響が小さくてX軸がY軸に比べて約7%小さく示された。
実施例2ないし4:ナノ結晶粒リボンシートを磁場遮蔽シートに使うときの地磁気センサの特性
実施例2ないし4はそれぞれ実施例1と同様に厚さ25umであり、17.5uH、18.5uH、19.5uHインダクタンス値を有するナノ結晶粒リボンシートを使って両側面にそれぞれ10um厚さの保護フィルムと両面テープを付着して積層した後、フレークおよびラミネート工程を経てデジタイザ機能を有する携帯端末機器に磁場遮蔽シートとして使うとき、地磁気センサに対する動作特性を測定して図23a乃至図25bに示した。
図23a乃至図25bはそれぞれインダクタンス値が17.5uH、18.5uH、19.5uHである実施例2ないし4のナノ結晶粒リボンシートを適用する場合、5つの地磁気センサの角度誤差と回転方向により変化する地磁気センサの角度誤差を示すグラフである。
5つの地磁気センサの歪んだ程度を測定すれば実施例2は図23aのように約6度程度の角度誤差が発生して地磁気センサの正確度は良好な状態であり、実施例3は図24aのように約24度程度の角度誤差が発生して地磁気センサの正確度は顕著に落ちた状態であり(比較例1と比較すると3/20の誤差変化率を示す)、実施例4は図25aのように約35度程度の角度誤差が発生して地磁気センサの正確度は非常に落ちた状態を示した(比較例1と比較すると7/32の誤差変化率を示す)。
実施例2ないし4のナノ結晶粒リボンシートを適用した場合、地磁気センサの回転方向に応じた履歴現象を察して見ると、実施例2は図23bのように非常に小さくシートの影響が小さくてオフセットも約2%未満で歪んだ状態であり、感度も影響が小さくてX、Y軸間に約2%未満に小さく示され、実施例3は図24bのように非常に小さくシートの影響が小さくてオフセットもY軸方向に約15%程度歪んだ状態であり、感度も影響が小さくてX軸がY軸に比べて約18%小さく示され、実施例4は図25bのように非常に小さくシートの影響が小さくてオフセットもY軸方向に約26%程度歪んだ状態であり、感度も影響が小さくてX軸がY軸に比べて約30%小さく示された。
したがって、本発明のナノ結晶粒リボンシートを適用した場合、地磁気センサの角度誤差はもちろんであり、回転方向に応じた履歴現象は同じ水準のインダクタンス値を有する比較例と比較して履歴現象、オフセットおよび感度などすべての面で本発明のシートが優れていることが明らかになった。
本発明のナノ結晶粒リボンシートは比較例1の非熱処理Fe系非晶質リボンシートよりインダクタンス値(透磁率)が少し低い18uHのシートを使用する場合、地磁気センサにほとんど影響を与えないことになる。その結果、15uH乃至18uH範囲のインダクタンス値を有するナノ結晶粒リボンシートは地磁気センサに角度誤差がほとんど発生しないので、センサルゴリズム補正なしに直ちに適用可能である。
また、18ないし21uH範囲の高いインダクタンス値(透磁率)を有する本発明のナノ結晶粒リボンシートは比較例1の非熱処理Fe系非晶質リボンシートと違って磁気履歴(magnetic hysteresis)がなくてセンサルゴリズム補正を通して適用可能である。
(シート別ペン活性化距離特性)
また、前記実施例1乃至実施例4および比較例1、2に対してライトペンが携帯端末器のディスプレイ表面(つまり、強化ガラス)からある程度の距離でライトペンの活性化が行われることがわかり、その結果を下記の表1に示した。
前記実験はポリマーシート(インダクタンス値が15uH)で具現されるデジタイザにポリマーシートの代わりに実施例1ないし4の磁場遮蔽シートを用いた状態で測定した。
前記したように、ナノ結晶粒リボンシートをデジタイザ機能を有する携帯端末機器に磁場遮蔽シートとして使うとき、シートのインダクタンス(つまり、透磁率)の増加によりペンが送信する信号の感度が増加して非接触状態でライトペンの活性化、つまり、ライトペンの性能が向上することが分かる。
したがって、本発明ではライトペンがディスプレイのガラス基板と非接触状態で活性化され、ディスプレイとライトペンの耐久性の向上を図ることができ、このような非接触方式のデジタイザ機能を利用して他の機能を開発することが可能となる。
(シート別周波数特性)
本発明によるナノ結晶粒リボンシートを採用した磁場遮蔽シートの透磁率に対する周波数特性を調べるために12.1uHのインダクタンス値を有するコイルを使ってLCRメートルにAC 1Vの条件で周波数を100kHzから1MHzまで変化させながらシートのインダクタンス値(Ls)を測定して図26に示した。
図26を参照すれば、本発明の磁場遮蔽シートに使用されるそれぞれ16.5uHおよび17.5uHのインダクタンス値を有するナノ結晶粒リボンシート(実施例1、実施例2)、19.5uHである非熱処理Fe系非晶質リボンシート(比較例1)、透磁率が100(インダクタンス値15uH)であるメタル−パウダーシート(M−P 100u)、透磁率が130(インダクタンス値15.4uH)であるメタル−パウダーシート(M−P 130u)、透磁率が150(インダクタンス値15.8uH)であるメタル−パウダーシート(M−P 150u)に対して周波数変化に応じたシートのインダクタンス値(Ls)を測定した結果、Fe系非晶質リボンシート(比較例1)の場合、100kHz〜1MHzまでの周波数依存度は非常に大きく示したが、ナノ結晶粒リボンシート(実施例1および2)の場合、100kHz〜1MHzまでの周波数依存度はほとんどなく同一の透磁率特性を示しており、16.5uHインダクタンス値を有するナノ結晶粒リボンシート(実施例1)も透磁率150であるメタル−パウダーシート(M−P 150u)よりずっと高い透磁率特性を示している。
したがって、ナノ結晶粒リボンシートを使う場合、透磁率の特性が良いだけでなく低周波上で周波数による依存度もほとんどなくてデジタイザ用遮蔽シートとして優れた特性を有する。
本発明では非晶質合金のリボンまたはストリップを熱処理してナノ結晶粒微細組織を有するナノ結晶粒リボンを積層して使用することによって、磁場遮蔽機能のための透磁率を極大化すると同時にフレーク処理によって飽和磁場(Hs)値が地球磁場より高い値を持つようにして磁気飽和が起こることを遮断した。
その結果、本発明のナノ結晶粒リボンシート2は地球磁場の変化に磁気履歴現象を示さずに初期磁化曲線内で変化することによってナノ結晶粒リボンシート2を採用した磁場遮蔽シート10をデジタイザ用磁場遮蔽シートとして使用すると、前記地磁気センサ60は前記ナノ結晶粒リボンシートの磁気履歴現象に起因した方位角誤差が発生しないので、地磁気センサ60の磁気履歴現象の歪み問題を最少化できる。
また、本発明のナノ結晶粒リボンシート2はフレーク処理が行われることによって、外部磁場による地磁気センサに対する歪み現象を顕著に減らすことができる。その結果、同じ17uHのインダクタンス値を有するシートでもフレーク処理が行われていないシートは約20度程度の方位角誤差が発生するが、フレーク処理が行われた本発明のシートは約6度以内の方位角誤差が発生するため、地磁気センサに大きい影響を与えない。
したがって、本発明のナノ結晶粒リボンシート2を採用した磁場遮蔽シート10は従来の非熱処理の鉄系非晶質リボンシートを磁場遮蔽シートとして使用する場合に比べて、地磁気センサの方位角補正が容易であり、より高い正確度を有する長所があり、磁性粉末とバインダーからなるポリマーシートを使う場合に比べてより高い透磁率を有するので、高い感度の無線ライトペン機能を実現することができる。
さらに、本発明ではナノ結晶粒リボンのフレーク処理後に圧着ラミネーティング処理によってナノ結晶粒リボンの微細片の隙間を接着剤で詰めて水分浸透を防止すると同時に、微細片のすべての面を接着剤(誘電体)で囲むことによって微細片を相互絶縁(isolation)させて渦電流の低減を図って遮蔽性能が落ちることを防止することができる。
また、本発明ではロールツーロール方法でフレークおよびラミネーティング処理を順次に遂行することによってシート成形が行われるため、シートの元の厚さを維持しながらも生産性が高く製造費用は低廉である。
以上、本発明を特定の望ましい実施例を例に挙げて説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内で当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変更および修正が可能である。
本発明は、デジタイザ機能を有する携帯端末機器を含む各種ポータブル電子機器に適用されて地磁気センサに及ぼす影響を最少化しつつ携帯端末機器にデジタイザ機能を実現する際に携帯端末機器本体の各種部品から発生する電磁場を遮蔽すると同時にライトペンの感度向上を図ることができる磁場遮蔽シートに適用可能である。

Claims (15)

  1. ナノ結晶粒合金からなり、複数の微細片に分離された少なくとも1層の薄板状の磁性シート、
    前記薄板状の磁性シートの一側面に、第1接着層を通して接着される保護フィルム、及び
    前記薄板状の磁性シートの他側面に、一側面に具備された第2接着層を通して接着される両面テープを含み、
    前記複数の微細片が絶縁されるように前記複数の微細片の間の隙間は前記第1接着層の一部と前記第2接着層の一部が充填され、
    前記薄板状の磁性シートは16.5μH〜19.5μHの範囲のインダクタンス値を持つことを特徴とするデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  2. 前記薄板状の磁性シートはB−Hループが初期磁化曲線内で変化することを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  3. 前記薄板状の磁性シートは飽和磁場(Hs)値が地球磁場より高い値を有するように設定されることを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  4. 前記薄板状の磁性シートは多層構造を有するナノ結晶粒リボンシート、および
    前記ナノ結晶粒リボンシートの間に挿入されて積層される両面テープを含み、
    前記各層のナノ結晶粒リボンシートは合わせ連結される一対のナノ結晶粒リボンシートからなり、隣接した各対のナノ結晶粒リボンシートは互いに直交方向に配置されることを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  5. 前記薄板状の磁性シートの一側辺または外周に環状に重なり、前記薄板状の磁性シートより低いか高い透磁率を有する補助磁性シートをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  6. 前記薄板状の磁性シートは、
    ナノ結晶粒リボンシート、
    前記ナノ結晶粒リボンシートに積層されナノ結晶粒リボンシートより低い透磁率を有するポリマーシート、および
    前記ナノ結晶粒リボンシートとポリマーシートを相互接着させ前記複数の微細片の隙間を充填する接着層を含むことを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  7. 前記複数の微細片の大きさは数十um〜3mmであることを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  8. 前記保護フィルムの外側面に薄板に形成されて電磁波を遮蔽するための伝導体シートをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シート。
  9. 少なくとも一つの非晶質リボンシートを600℃乃至700℃で30分乃至2時間熱処理してナノ結晶粒微細組織が形成された薄板状の磁性シートを形成する段階、
    前記薄板状の磁性シートの両面にはそれぞれ接着層を介在し、保護フィルムと、露出面にリリーズフィルムが形成された両面テープを付着して積層シートを形成する段階、
    前記積層シートをフレーク処理して前記薄板状の磁性シートを複数の微細片に分割する段階、および
    前記フレーク処理された積層シートをラミネートする段階を含み、
    前記複数の微細片が絶縁されるように前記複数の微細片の間の隙間は前記接着層の一部が充填され、
    前記薄板状の磁性シートは16.5μH〜19.5μHの範囲のインダクタンス値を持つことを特徴とするデジタイザ用磁場遮蔽シートの製造方法。
  10. 前記複数の微細片の大きさは数十um〜3mmであることを特徴とする請求項に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シートの製造方法。
  11. 前記ラミネート段階以降に前記保護フィルムの外側面にCuまたはAl箔を接着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項に記載のデジタイザ用磁場遮蔽シートの製造方法。
  12. デジタイザパネルとメイン回路基板の間に挿入されて前記メイン回路基板から発生した交流磁場を遮蔽する磁場遮蔽シートを備えた携帯端末機器において、
    前記磁場遮蔽シートは、
    ナノ結晶粒合金からなり、複数の微細片で分離された少なくとも1層の薄板磁性シート、
    前記薄板磁性シートの一側面に、第1接着層を通して接着される保護フィルム、及び
    前記薄板磁性シートの他側面に、一側面に具備された第2接着層を介して接着される両面テープを含み、
    前記複数の微細片が絶縁されるように前記複数の微細片の間の隙間は前記第1接着層の一部と前記第2接着層の一部が充填され、
    前記薄板磁性シートは、16.5μH〜19.5μHの範囲のインダクタンス値を持つこと
    を特徴とするデジタイザ機能を有する携帯端末機器。
  13. 前記薄板磁性シートは飽和磁場(Hs)値が少なくとも地球磁場より高い値を有するように設定されることを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ機能を有する携帯端末機器。
  14. 前記メイン回路基板の一側の角部に配置される地磁気センサーをさらに含み、
    前記磁場遮蔽シートはデジタイザに対応する形状からなることを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ機能を有する携帯端末機器。
  15. 前記薄板磁性シートと異なる透磁率を有し、前記薄板磁性シートの一側面に積層される第2磁性シートをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のデジタイザ機能を有する携帯端末機器。
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