KR101123762B1 - Ｅｍｉ 저감형 ｌｖｄｓ용 연성 평판 케이블 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각종 디지털 가전 제품에서 사용되며, 좁은 공간에서 대량의 데이터를 전송하기에 적합한 저전압 차분신호(Low Voltage Differential Signaling: LVDS)용 연성평판 케이블(Flexible Flat Cable: FFC)에 있어서, 신호 전달 과정에서 발생하는 전자파 장애(Electro Magnetic Interference: EMI)를 효과적으로 저감할 수 있는 저전압 차분신호(LVDS)용 연성 평판 케이블(FFC)에 관한 것이다.
본 발명의 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블에서는 노이즈 차단을 위한 금속 실드재 뿐만 아니라, 평판 형상의 지지체 위에 분말 상의 자성체를 균일하게 분산 및 고정시킴으로써 형성된 자성 분말이 도포된 복합 자성체 층을 삽입 제작하여, 이러한 복합 자성체 층을 포함한 LVDS용 연성 평판 케이블을 통하여, 전자파 장애를 효과적으로 억제함은 물론, 우수한 신호 전달 성능을 갖는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
LVDS, FFC, 연성 평판 케이블, EMI, 전자파 장애, 실드, 임피던스, 자성 분말, 연자성 분말, 자성 저항체, 복합 자성 저항체, 복합 자성 분말
Description
본 발명은 각종 디지털 가전 제품의 신호 전달에 사용되는 저전압 차분신호(Low Voltage Differential Signaling: LVDS)용 연성평판 케이블(Flexible Flat Cable: FFC)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 좁은 공간에서 대량의 데이터를 전송하기에 적합한 저전압 차분신호(LVDS)용 연성 평판 케이블(FFC)에서의 신호 전달 과정에서 발생하는 전자파 장애(Electro Magnetic Interference: EMI)를 효과적으로 저감할 수 있는 저전압 차분신호(LVDS)용 연성 평판 케이블(FFC)에 관한 것이다.
디지털 가전 제품에 있어서 모든 데이터는 전기적 신호로 전송되며, 특히, 고성능의 디지털 가전 제품의 경우에는 각종 부품들 간 또는 각종 기기 간에 대량의 데이터를 정보 손실없이 효과적으로 전송할 수 있는 시스템이 요구된다. 이와 같이, 디지털 가전 제품에서는 신호 전달 성능이 그 제품의 성능으로 직결되기 때 문에 데이터 전송 시스템에 대한 성능 향상의 노력이 중점적으로 이루어지고 있으며, 이러한 디지털 가전 제품의 성능 향상을 위하여, 데이터 전송량의 증가에 따른 신호 전송 속도의 고속화를 구현할 수 있도록 사용 주파수의 고주파화와 함께 새로운 인터페이스 기술이 요구되고 있다.
이와 관련하여, 낮은 전압을 사용함으로써 전력소모를 감소시킬 수 있으며, 고속 전송이 가능하며 전송거리가 긴 저전압 차분 신호(Low Voltage Differential Signaling: 이하, 'LVDS' 라고 한다.) 솔루션이 폭넓게 사용되고 있다.
LVDS란 고속 데이터 전송을 위한 일반적인 인터페이스 표준을 의미하는 것으로서, 디지털 기기의 데이터 전송 시스템을 포함한 다양한 분야에 적용되고 있는 기술이다.
특히, 디지털 기기의 시스템 내부적으로 대용량의 데이터를 고속 전송하기 위하여 이러한 LVDS 솔루션이 주로 사용되고 있으며, 디스플레이 장치와 같은 디지털 기기에서는 데이터 전송을 위한 전송 매체로는 연성인쇄기판(Flexible Print Circuit ; FPC)과 동등한 연성과 전송 특성을 가지면서 제조 비용이 낮은 연성 평판 케이블(Flexible Flat Cable: FFC)이 많이 사용되어 LVDS 솔루션이 구현된다.
그러나, 신호 전송 속도의 고속화에 따른 신호의 고주파화는 불필요한 복사노이즈가 발생하기 쉬워져, 신호의 전송 손실과 함께 인접 케이블 등에 오동작을 일으키는 전자파 장애(Electro Magnetic Interference: 이하 'EMI'라 한다 )문제가 발생한다.
이와 관련하여, 대한민국 특허 등록 제0866497호(2008. 10. 28. 등록, 이하 '인용문헌 1'이라 한다.) 및 대한민국 특허 공개 제2007-0038025호(2007. 04. 09. 공개, 이하 '인용문헌 2'라 한다.)에서는 EMI를 저감할 수 있는 구조를 갖는 연성 평판 케이블에 관하여 제안하고 있다.
상기 인용문헌 1에서는 낮은 EMI 특성을 구현할 수 있도록 연성 평판 케이블 하부면에 알루미늄 포일(Aluminium foil)을 접착하여 접지 단자와 그라운드 처리함으로써 전자파를 차폐하는 구조의 연성 평판 케이블을 제안하고 있다. 그러나, 인용문헌 1에서와 같이, 알루미늄 포일과 같은 금속이 도포된 필름(Film) 형태의 실드(Shield)재를 연성 평판 케이블 바깥쪽에 부착함으로써 그라운드선과 접속하는 구성의 경우, 단순히 외부로의 복사 노이즈 누설을 차단하는 역할에 그치는 것으로, 전기적 특성을 제어하지 못하여 케이블 내의 임피던스 매칭이 이루어지지 않아 케이블 내부의 반사로 인한 노이즈 문제가 발생하는 문제점이 존재한다.
이에, 인용문헌 2에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 기존의 실드층에 도전성 입자(카본)를 소정의 수지에 분산시켜 중합체계의 실드재를 사용하여 정전 용량을 제어하여 차동임피던스를 제어함으로써 EMI를 저감할 수 있는 구조의 연성 평판 케이블을 제안하고 있다. 그러나, 상기 인용문헌 2에서 제안된 연성 평판 케이블의 구조의 경우, EMI에 관련하여 레지스턴스(Resistance: R), 인덕턴스(Inductance: L), 커퍼시턴스(Capacitance: C)가 복합적으로 영향을 미치는 임피던스에 대하여, 단순히 정전용량의 측면에서 제어될 뿐이므로, 인덕턴스와 같이 자계 특성에 관련된 요인은 고려되지 못하는 문제가 존재하였다.
이에 본 발명에서는 LVDS용 연성 평판 케이블에 있어서, 금속 실드재의 효과는 유지하면서, 임피던스의 인덕턴스 성분을 제어함으로써 EMI를 효과적으로 저감하면서 전송 신호의 품질을 향상시킬 수 있는 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 구성을 제공한다.
본 발명은 LVDS용 연성 평판 케이블에 있어서, 연자성 분말이 지지체 상에 분산 및 고정됨으로써 형성되는 복합 자성체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
또한, 상기 복합 자성체 층은 연성 평판 케이블 내부에서 상기 케이블 전체 면적에 대하여 상기 케이블과 일체로 내장되어 적층되는 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블의 최하부에는 접지 단자와 연결된 금속 실드재가 형성된 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
이 경우, 상기 복합 자성체 층의 두께는 20㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
또한, 상기 연자성 분말은 소결 연자성체 또는 금속 연자성 분말인 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 연자성 분말은 연자성 센더스트(Sendust)인 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 지지체는 부직포, 종이, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PolyEthlene Telephthate; PET), 발포 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 발포 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE), 발포 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PolyEthylene Naphtalate; PEN), 발포 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어지는 일군으로부터 선택된 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블은 전송 신호의 품질을 향상시킴은 물론, 단순히 자성분말이 도포된 복합 자성체 층을 케이블 내에 인입하는 공정 및 구성만으로도 전기적 특성 및 자기적 특성을 모두 고려하여 전자파 장애(EMI)를 비약적으로 저감시킬 수 있는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공하는 효과가 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 LVDS용 연성 평판 케이블에 있어서, 케이블 내측에 자성분말로 이루어진 복합자성 저항체의 층을 형성함으로써 전송 신호의 전달성을 개선하고, EMI를 효과적으로 저감할 수 있는 LVDS용 연성 평판 케이블을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LVDS용 연성 평판 케이블의 바람직한 일구현예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에서 일반적으로 사용되고 있는 연성 평판 케이블의 구조를 도시하고 있는 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 LVDS용 연성 평판 케이블은 전기적 신호전달용 매질인 도체(1)에 내열 특성을 가진 폴리에스테르계 절연필름을 상부 및 하부에 협착하여 제작되는 것으로서, 하부 절연체(3)에 폴리에스테르 필름형태의 패드(4)가 부착된 케이블에 대하여, EMI 저감 대책으로 그 하부에 알루미늄 포일(Aluminum Foil)과 같은 금속 실드재(5)를 부착하고 접지단자(6)와 연결하여 그라운드 처리하여 제작된다.
한편, 도 2는 본 발명에 따른 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블에 대한 단면도로서, 도 1의 종래기술과는 달리, 내부에 자성 분말(18)이 도포된 복합 자성체 층을 포함한다. 본 발명에 따른 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블은 종래 기술과 마찬가지로, 도체(11) 및 상기 도체의 상?하부에 협착된 상부 및 하부 절연체(12, 13)와 접지단자(16)에 연결된 금속 실드재(15)를 포함하도록 구성할 수 있으며, 상기 금속 실드재(15) 내측으로 자성 분말(18)이 도포된 복합 자성체 층이 형성되도록 구성한다.
상기 자성 분말(18)은 페라이트(Ferrite)와 같은 소결 연자성체 또는 센더스트(Sendust), 퍼멀로이(Permalloy)와 같은 금속 연자성 분말로 구성할 수 있으며, 임피던스에서의 인덕턴스 성분을 제어하고 전계뿐만 아니라 자계 실드재로서 신호 전송 과정에서 발생하는 노이즈를 제거하는 효과를 제공한다. 다만, 상기 금속 자성 분말은 입자로 이루어진 분말 상이므로, 이를 연성 평판 케이블 상에 분산 및 고정시킬 수 있는 지지체(17)를 포함하여 케이블 내에 일체형으로 적층?내장되도록 형성함이 바람직하다.
따라서, 상술한 바와 같이, LVDS용 연성 평판 케이블을 제작함에 있어서, 특히, 자성 분말(18)을 포함하는 복합 자성체 층을 형성하기 위하여는 평판 형상의 지지체(17)를 형성한 다음, 상기 지지체 위에 분말 상의 자성체를 균일하게 분산 및 고정시킴으로써 자성 분말이 도포된 복합 자성 분말 층을 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 지지체(17)는 부직포, 종이, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PolyEthlene Telephthate; PET), 발포 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 발포 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE), 발포 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PolyEthylene Naphtalate; PEN), 발포 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 구성된 일군의 소재 중 선택된 어느 하나로 이루어지도록 구성하여, 상기한 바와 같은 소재로 구성된 지지체 상에 자성 분말(8)을 라미네이팅(Laminating)하여 케이블 내부에 대하여 삽입된 형태로 적층하는 방법으로 제작할 수 있다. 이 경우, 접착을 위하여 폴리에스테르계 수지를 사용하여 열압착하는 방식을 이용할 수 있다.(핫멜트법)
또한, 이러한 복합 자성체 층은 LVDS용 연성 평판 케이블의 연성을 충분히 유지하면서, 얇은 필름 형태로 제작하여야 하므로, 바람직하게는 20 내지 500 마이크로미터(㎛)의 두께로 제작된다.
본 발명의 바람직한 일구현예에서는 상기 복합 자성체 층의 형성을 위하여, 금속 자성 분말(8)을 아트리션밀(Attrition Mill)을 사용하여 평편상 형상으로 가공한 다음, 우레탄 수지와 일정량 혼합하여 금속 자성 분말을 포함하는 액체 타입의 잉크(Ink)를 제조하고, 제조된 잉크를 라미네이팅 장비를 사용하여 폴리에스테르계 부직포로 구성된 지지체(7) 상부에 라미네이팅 처리하여 평판 형상의 복합 자성 저항체를 형성하였다.
따라서, 상기와 같이 제조한 복합 자성 저항체가 이루는 복합 자성체 층을 이용하여, 상술한 바와 같은 연성 평판 케이블 내부에 삽입?압착시키는 방식을 통하여 연성 평판 케이블과 결합시켜 복합 자성체 층을 포함하는 LVDS용 연성 평판 케이블을 제작할 수 있다. 이하의 실험예에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제작된 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블에 대하여, 종래 기술에 따른 LVDS용 연성 평판 케이블과의 성능 비교를 수행한 결과를 나타내고 있다.
실험예
본 발명에 따른 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블의 바람직한 일 실시예에서는, 두께가 0.5mm이고 길이가 각각 300mm, 500mm, 1000mm인 51핀(pin) 연성 평판 케이블을 제작하여 주파수 250MHz, 500MHz에서의 케이블의 전송 특성 및 EMI 대 책 효과를 측정하였다. 이때 본 발명에서 제안한 복합 자성 저항체 두께는 0.3±0.03mm 이었다.
차동임피던스(Differential Impedance)는 Tektronix사의 디지털 샘플링 오실로스코프(Digital Sampling Oscilloscope(형식: TDA8200))와 동사의 샘플링 모듈(Sampling Module(형식: 80E04))을 사용하여 측정한 후, 평균값을 표 1에 표시했다. 이 결과를 통하여, 종래 기술에 따른 연성 평판 케이블에 비하여, 본 발명에 따른 실시예에서 특성 임피던스 값에 대한 차동 임피던스 값의 차가 훨씬 적은 것을 확인할 수 있다.
| 임피던스 |
종래기술에 따른 연성 평판 케이블 |
본 발명 실시 예 |
||||
| 300mm |
500mm |
1000mm |
300mm |
500mm |
1000mm |
|
| 특성임피던스(Ω) |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
| 차동임피던스(Ω) |
128.4 |
126.1 |
130.2 |
93.2 |
93.5 |
96.4 |
삽입손실(Insertion Loss: S21) 및 반사감쇠량(Return Loss: S11)은 Tektronix사 네트워크 어낼라이져(Network Analyzer(형식: TDA8200))를 사용하여 100MHz 부터 3GHz까지 측정하여 표 2 및 표 3에 표시하였다. 삽입손실의 경우 종래 기술에 따른 연성 평판 케이블에 비해 본 발명에 따른 실시예에서 측정한 결과가 전주파수에 걸쳐 낮은 값을 보여 전송신호에 대한 손실이 급격히 감소하였음을 확인할 수 있고, 반사감쇠량의 경우에서도 본 발명에 따른 실시예가 종래 기술에 따른 연성 평판 케이블 대비 월등히 큰 값을 나타내고 있어 전송신호의 반사가 적어서 임피던스 매칭(Matching)이 잘 되었다는 것을 확인할 수 있다.
| 삽입손실(dB) |
종래기술에 따른 연성 평판 케이블 |
본 발명 실시 예 |
||||
| 주파수(MHz) |
300mm |
500mm |
1000mm |
300mm |
500mm |
1000mm |
| 100 |
-4.31 |
-4.08 |
-5.79 |
-0.77 |
-1.51 |
-4.31 |
| 250 |
-5.07 |
-4.06 |
-6.28 |
-0.66 |
-2.60 |
-5.07 |
| 500 |
-3.15 |
-6.60 |
-16.51 |
-1.40 |
-4.60 |
-3.15 |
| 1,000 |
-14.43 |
-13.95 |
-9.72 |
-2.71 |
-8.94 |
-14.43 |
| 2,000 |
-14.42 |
-11.97 |
-24.60 |
-5.16 |
-14.29 |
-14.42 |
| 3,000 |
-15.18 |
-19.60 |
-27.16 |
-11.41 |
-21.98 |
-15.18 |
| 리턴 로스 (dB) |
종래기술에 따른 연성 평판 케이블 |
본 발명 실시 예 |
||||
| 주파수(MHz) |
300mm |
500mm |
1000mm |
300mm |
500mm |
1000mm |
| 100 |
5.57 |
4.82 |
6.60 |
16.02 |
11.09 |
22.44 |
| 250 |
4.57 |
9.83 |
7.28 |
21.01 |
11.80 |
18.59 |
| 500 |
8.34 |
7.59 |
5.24 |
18.39 |
16.70 |
24.11 |
| 1,000 |
6.95 |
6.74 |
10.88 |
12.82 |
25.95 |
17.27 |
| 2,000 |
4.02 |
6.76 |
5.45 |
11.36 |
11.59 |
7.84 |
| 3,000 |
2.75 |
2.96 |
2.99 |
4.16 |
5.12 |
4.27 |
부호간 간섭(Intersymbol Interference)이나 부가잡음(Additive Noise)에 대한 평가 기준이 되는 아이패턴(Eye Parttern)은 Tektronix사의 디지털 샘플링 오실로스코프(Digital Sampling Oscilloscope(형식: TDA8200))와 Advantest사의 펄스 패턴 제네레이터(Pulse Pattern Generator(형식: D3186))를 사용하여 측정하여 평균값을 표 4에 표시하였으며, 도 3 및 도 4에서는 오실로스코프(Oscilloscope) 출력 파형의 결과로서 길이 500mm 연성 평판 케이블, 측정주파수 500MHz 경우를 대표로 제시하였다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 아이 패턴에 대한 높이(Eye height) 및 아이 패턴에 대한 폭(Eye width)은 종래 기술에 따른 연성 평판 케이블에 비해 본 발명 실시 예에서 높은 값을 나타내고 있으며, 출력파형을 볼 때 종래기술에 따른 연성 평판 케이블(도 3)의 경우 잡음이 많아 전압파형이 지저분한 것에 비하여, 본 발명에 따른 실시예(도 4)에서의 파형은 상대적으로 깨끗한 형상으로, 잡음이 없어 수신 신호의 품질이 향상되었음을 확인할 수 있다.
| 아이패턴 |
종래기술에 따른 연성 평판 케이블 |
본발명실시예 |
||||||||||
| 300mm |
500mm |
1000mm |
300mm |
500mm |
1000mm |
|||||||
| 측정 주파수 (MHz) |
250 |
500 |
250 |
500 |
250 |
500 |
250 |
500 |
250 |
500 |
250 |
500 |
| Eye height (mV) |
71.7 |
78.5 |
71.7 |
80.8 |
78.3 |
140 |
413 |
384 |
365 |
299 |
341 |
124 |
| Eye width (ns) |
3.55 |
1.83 |
3.55 |
1.67 |
3.37 |
1.49 |
3.95 |
1.94 |
3.83 |
1.85 |
3.79 |
1.85 |
따라서 상술한 바와 같은 종래 기술에 따른 연성 평판 케이블 및 본 발명에 따른 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블의 비교 실험예에 비추어 볼 때, 본 발명에 따른 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블의 경우, 임피던스의 제어에 의해 전송신호의 질이 향상되었고, 전자계 성분의 제어에 의해 EMI 저감 효과가 우수한 LVDS용 연성 평판 케이블임을 확인할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 LVDS용 연성 평판 케이블의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 LVDS용 연성 평판 케이블의 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 연성 평판 케이블(길이 500mm)을 500MHz에서 측정한 출력파형에 대한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 연성 평판 케이블(길이 500mm)을 500MHz에서 측정한 출력파형에 대한 그래프.
< 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명 >
11: 도체 12: 상부 절연체
13: 하부 절연체 15: 실드재
16: 접지 단자 17: 부직포
18: 자성 분말
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- 지지체 상에 연자성 분말을 고정시켜서 만든 복합 자성체 층을 포함하고, 상기 복합 자성체 층은 연성 평판 케이블 내부에서 상기 케이블 전체 면적에 대하여 상기 케이블과 일체로 내장되어 적층되며, 연성 평판 케이블의 최하부에는 접지 단자와 연결된 금속 실드재가 형성된 것으로서, 상기 복합 자성체 층의 두께는 연성 평판 케이블의 길이 300～1000mm 에 대하여 20㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블.
- 청구항 4에 있어서, 상기 연자성 분말은 소결 연자성체 또는 금속 연자성 분말인 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블.
- 청구항 5에 있어서, 상기 연자성 분말은 연자성 센더스트(Sendust)인 것을 특징으로 하는 EMI 저감형 LVDS용 연성 평판 케이블.
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