KR101587620B1 - 휴대 단말기기용 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고투자율의 제1자성시트와 저투자율의 제2자성시트를 조합하여 구성함에 의해 휴대 단말기기 등에 NFC와 무선 충전의 부가 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기에 미치는 영향을 차단하며 부가 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수할 수 있는 무선 충전 및 NFC용 하이브리드형 자기장 차폐시트에 관한 것이다.
본 발명의 무선 충전 및 근거리 무선통신(NFC)용 하이브리드형 자기장 차폐시트는, 무선 충전에 이용되는 제1투자율의 제1자성시트; 및 NFC에 이용되며 상기 제1자성시트의 일면에 적층되고, 상기 제1자성시트의 제1투자율보다 낮은 제2투자율의 제2자성시트를 포함하며, 상기 제1 및 제2 자성시트는 서로 다른 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대 단말기기용 안테나 장치{Antenna Device for Mobile Terminal}

본 발명은 고투자율의 제1자성시트와 저투자율의 제2자성시트를 조합하여 구성함에 의해 휴대 단말기기에 무선 충전 및 NFC 기능을 극대화할 수 있는 휴대 단말기기용 안테나 장치에 관한 것이다.

최근 휴대폰, 타블렛 PC 등을 비롯한 휴대 단말기기에 RFID, NFC, 무선충전기, 대화형 펜 타블렛 등 다양한 기능이 추가되고 있다.

근거리 무선통신(NFC)은 전자태그(RFID)의 하나로 13.56Mz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송하는 기술을 말한다. NFC는 모바일 결제뿐만 아니라 파일 전송방식으로 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행 정보 전송, 교통, 출입통제 잠금장치, 명함 등에 광범위하게 활용된다.

또한, 최근 구글이 발표한 스마트폰에 구비된 '안드로이드 빔'에는 근거리 무선통신(NFC) 기반의 근거리 정보 송수신 기능으로서, 모바일 결제뿐만 아니라 사진·명함·파일·지도·웹사이트 등을 한 전화기에서 다른 전화기로 전달하는 기능을 제공하고 있다.

사용자 휴대 단말기기와 본체(또는, 리더/라이터) 또는 다른 근접된 휴대 단말기기 사이에는 무선 전력 전송 및/또는 무선 통신 기능을 수행하기 위해 각각 1차 코일 또는 2차 코일 역할을 하는 안테나를 구비하고 있다.

이 경우, 2차 코일 역할을 하는 안테나에서 유도되는 전압은 페러데이 법칙(Faraday's law)과 렌쯔 법칙(Lenz's law)에 의하여 결정되므로, 높은 전압 신호를 얻기 위해서는 안테나 코일과 쇄교하는 자속의 양이 많을수록 유리하다. 자속의 양은 안테나 코일에 포함된 연자성 재료의 양이 많을수록, 그리고 재료의 투자율이 높을수록 크게 된다. 특히, RFID 시스템은 본질적으로 비접촉에 의한 데이터 통신이기 때문에 리더 안테나에서 만들어지는 무선 전자기파를 태그 안테나로 집속시키기 위해서는 투자율이 높은 자성재료로 이루어진 압소바 시트(absorber sheet)가 필요하다.

또한, 휴대 단말기기에 구비된 2차 코일에는 RFID 리더나 인접한 단말기와 근거리 무선통신(NFC) 기능을 수행할 때 100 kHz ~ 수십 MHz의 자기장이 발생된다.

따라서, 이러한 부가 기능을 구비하는 휴대 단말기기에는 상기 자기장으로 인한 휴대 단말기기의 부품(특히, 배터리)에 영향을 방지하고, 또한 자기장을 집속하여 부가 기능의 성능을 극대화시키기 위하여 자기장 차폐시트가 필수적으로 사용된다.

이러한 자기장 차폐시트로는 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트 등의 자성체를 사용하는 것이 일반적이다. 자기장 차폐 및 부가 기능 성능 향상을 위한 자기장 집속 효과는 자기 투자율이 높은 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트 순으로 좋다.

한편, 최근 휴대 단말기기에는 방위표시를 구현하도록 지구자기장 센서가 스마트폰을 선두로 많이 채용되고 있다. 하지만, 상기한 자기장 차폐시트가 적용된 휴대 단말기기는 공간이 협소한 관계로 지구자기장 센서를 자기장 차폐시트에 인접하여 배치하지 않으면 안되므로 차폐시트가 지구자기장을 왜곡하여 지구자기장 센서의 방위 정확도를 저하시키는 문제가 발생한다.

물론 투자율이 낮은 폴리머시트를 사용할 경우 지구자기장 센서의 방위각 정확도에 미치는 영향이 작지만 자기장 차폐효과 및 전자파 집속효과도 작아지므로 단말기기의 다른 부품에 영향을 미치고 부가 기능 또한 성능이 저하되게 된다.

등록특허 제10-523313호에는 Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Fe-Zr-B 및 Co-Fe-Si-B 로 이루어진 군에서 선택되는 조성을 갖고 비정질 합금을 포함하는 자성시트로 이루어진 RFID 안테나용 압소바, 이를 포함하는 RFID 안테나 및 무선 식별 기기가 제안되어 있다.

또한, 공개특허 제10-2010-111409호에는 페라이트를 소결하여 얻어진 자성시트 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트 위에 방사체 패턴을 직접 형성함으로써 자성시트와 방사체 패턴을 일체화하여 두께를 줄임과 동시에 RF 신호의 인지거리 향상 및 신호의 안정성을 도모할 수 있어, 기존에 안테나와 자성시트를 각각 제조한 후 접착층을 이용하여 결합하는 구조보다 제조공정이 간단해지며 안테나의 전체 두께를 감소시킨 무선 식별(RFID) 안테나 및 그 제조방법에 관한 기술이 제안되어 있다.

한편, 안테나 코일, 자심 부재 및 실드판의 적층 구조로 이루어지는 안테나 모듈에서는, 중앙부의 자심 부재가 안테나 코일의 통신 성능을 끌어내는 기능뿐만 아니라, 안테나 코일이 실드판의 영향을 받지 않도록 하기 위한 전자기적 차단 기능도 겸비하고 있다.

그러나, 안테나 코일에 요구되는 통신 성능을 끌어내는데 필요한 자심 부재의 자기 특성과, 안테나 코일과 실드판 사이의 전자기 차단 기능을 만족하는 자심 부재의 전기 특성은 반드시 일치하지 않는다는 점을 인식하고, 안테나 코일의 통신 특성의 향상과, 실드판으로부터의 충분한 전자기적 차폐 작용을 동시에 만족시킬 수 있는 구성의 자심 부재, 안테나 모듈 및 이것을 구비한 휴대형 통신 단말을 제공하는 기술이 공개특허 제10-2006-120631호에 제안되어 있다.

상기 공개특허 제10-2006-120631호에서 자심 부재는 안테나 코일과 대향하는 측의 제1 면과, 실드판과 대향하는 측의 제2 면이, 서로 다른 전기적 특성을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

공개특허 제10-2010-31139호에는 스파이럴 코일(수전측 스파이럴 코일: 2차 코일)과 2차 전지 사이, 및 정류기와 상기 스파이럴 코일 사이의 적어도 1군데에 복수의 자성 시트(자성 리본)를 포함하는 복합 자성체를 배치함에 의해, 급전측 스파이럴 코일(1차 코일)로부터 발생한 자속이 회로 기판 및 2차 전지 등에 쇄교하는 것을 방지하고, 유도기전력(전자기 유도)에 기인한 노이즈 및 발열을 억제하면서, 2차 코일의 유무에 의한 1차 코일의 인덕턴스 변동량을 제어하여, 1차 코일이 구성하는 공진 회로의 공진성을 향상시켜 발진을 효과적으로 제어할 수 있는 기술을 제안하고 있다.

한편, 최근에 발표된 펜 타블렛의 경우 기존의 펜 역할에 단말기와 통신을 통하여 정보를 주고받는 기능이 추가되었다. 따라서, 펜 타블렛용 펜은 내부에 통신을 위한 소자들이 내장되어 있어 비접촉방식으로 전력을 수신하여 회로를 구동한다.

이를 위해 펜 타블렛은 무선 충전 기능을 응용하여 단말기에서 100 ~ 200kHz 대역의 자기장을 발생하여 펜 타블렛용 펜에 무선으로 전력을 송신하여 내부의 소자를 구동시키고, 다시 500kHz 이상의 주파수를 이용하여 단말기와 펜 간의 통신을 주고받는다.

이에 따라 펜에 전력송신 효율이나 통신기능의 향상 및 단말기 내부의 부품(주로 배터리)에 영향을 차단하기 위한 차폐시트가 필요하며, 이 경우 인접하여 배치되는 지구자기장 센서의 방위각에 영향을 미치는 것을 차단하는 것이 요구된다.

등록특허 제10-523313호 B1(등록일자 2004.07.30) 공개특허 제10-2010-111409호 A(공개일자 2010.10.15) 공개특허 제10-2006-120631호 A(공개일자 2006.11.27) 공개특허 제10-2010-31139호 A(공개일자 2010.03.19)

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 고투자율의 제1자성시트와 저투자율의 제2자성시트를 조합하여 구성함에 의해 휴대 단말기기에 무선 충전, NFC 등의 다양한 부가 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기에 미치는 영향을 차단하며 부가 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수할 수 있는 무선 충전 및 NFC용 하이브리드형 자기장 차폐시트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 주파수 의존도가 높은 고투자율의 제1자성시트와 주파수 의존도가 낮은 저투자율의 제2자성시트를 적층시킨 다층 자성시트를 사용함에 의해 휴대 단말기기에 저주파 및 고주파 부가 기능을 동시에 구현할지라도 휴대 단말기기에 미치는 영향을 차단함과 동시에 저주파 및 고주파 부가 기능의 성능 극대화를 동시에 만족할 수 있는 무선 충전 및 NFC용 하이브리드형 자기장 차폐시트를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 무선 충전 및 근거리 무선통신(NFC)용 하이브리드형 자기장 차폐시트에 있어서, 무선 충전에 이용되는 제1투자율의 제1자성시트; 및 NFC에 이용되며 상기 제1자성시트의 일면에 적층되고, 상기 제1자성시트의 제1투자율보다 낮은 제2투자율의 제2자성시트를 포함하며, 상기 제1 및 제2 자성시트는 서로 다른 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 및 NFC용 하이브리드형 자기장 차폐시트를 제공한다.

상기 제1자성시트와 제2자성시트는 동일한 크기로 이루어질 수 있다.

상기 제1자성시트는 주파수 의존도가 높은 자성시트이고, 상기 제2자성시트는 상기 제1자성시트보다 주파수 의존도가 낮은 자성시트일 수 있다.

또한, 상기 제1자성시트는 비정질 시트가 사용되고, 상기 제2자성시트는 페라이트 시트가 사용될 수 있고, 상기 제1자성시트는 상기 제2자성시트보다 박막으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1자성시트는 비정질 시트, 페라이트 시트, 퍼멀로이(Permalloy), MPP(Moly-Permalloy Powder) 중 어느 하나를 사용하며, 상기 제2자성시트는 폴리머 시트를 사용할 수 있다.

더욱이, 상기 비정질 시트는 Fe계, Co계, Ni계 중 어느 하나의 비정질 합금으로 이루어진 비정질 리본을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 무선 충전에 이용되는 비정질 시트; 및 NFC에 이용되며 상기 비정질 시트에 적층되는 페라이트 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 및 NFC용 하이브리드형 자기장 차폐시트를 제공한다. 이 경우, 상기 페라이트 시트는 비정질 시트보다 더 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 무선 충전용 제1안테나 코일과 상기 제1안테나 코일의 외측에 배치되는 NFC용 제2안테나 코일을 구비하는 듀얼 안테나에 적층되어 사용되는 무선 충전 및 NFC용 하이브리드형 자기장 차폐시트는 상기 무선 충전용 제1안테나 코일에 대응하여 배치되는 비정질 시트; 및 상기 NFC용 제2안테나 코일에 대응하도록 상기 비정질 시트에 적층되고 상기 비정질 시트보다 더 크게 연장 형성된 페라이트 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 및 NFC용 하이브리드형 자기장 차폐시트를 제공한다.

상기 페라이트 시트는 비정질 시트의 외측을 둘러싸는 루프 형태로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 고투자율의 제1자성시트와 저투자율의 제2자성시트를 조합하여 구성함에 의해 휴대 단말기기에 무선 충전, NFC 등의 다양한 부가 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기에 미치는 영향을 차단하며 부가 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 주파수 의존도가 높은 고투자율의 제1자성시트와 주파수 의존도가 낮은 저투자율의 제2자성시트를 적층시킨 다층 자성시트를 사용함에 의해 휴대 단말기기에 저주파 및 고주파 부가 기능을 동시에 구현할지라도 휴대 단말기기에 미치는 영향을 차단함과 동시에 저주파 및 고주파 부가 기능의 성능 극대화를 동시에 만족할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 무선 충전용 제1안테나 코일과 상기 제1안테나 코일의 외측에 배치되는 NFC용 제2안테나 코일을 구비하는 듀얼 안테나는 무선 충전용 제1안테나 코일과 NFC용 제2안테나 코일이 하나의 절연기판 위에 동시에 형성되며, 상기 무선 충전용 제1안테나 코일은 제1자성시트에 대응하는 영역에 배치되고, 상기 NFC용 제2안테나 코일은 제2자성시트에 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 그 결과, 휴대 단말기기에 무선 충전과 NFC의 부가 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기에 미치는 영향을 효과적으로 차단하며 부가 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 NFC 안테나에 적용된 구조를 나타내는 분해 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 NFC 안테나가 자기장 차폐시트와 함께 배터리 커버에 형성되어 휴대 단말기기에 조립되는 것을 나타내는 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 무선 충전 안테나에 적용된 구조를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 NFC 안테나와 무선 충전 안테나가 FPCB를 사용하여 형성된 듀얼 안테나 구조를 보여주는 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 펜 타블렛 단말기에 적용된 구조를 나타내는 분해 사시도,
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 나타내는 사시도 및 단면도,
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 나타내는 사시도 및 단면도,
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

첨부된 도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 나타내는 사시도 및 단면도, 도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 나타내는 사시도 및 단면도, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트(31)는 고투자율의 메인 자성시트(31a)와, 상기 메인 자성시트(31a)의 외측을 둘러싸는 저투자율의 보조 자성시트(31b)를 포함한다.

상기 메인 자성시트(31a)는 예를 들어, 직사각형 또는 정사각형의 사각형상으로 이루어지고, 보조 자성시트(31b)는 루프를 이루면서 상기 메인 자성시트(31a)의 외곽 부분에 예를 들어, 1mm 이상 오버랩하면서 적층되어 있다. 메인 자성시트(31a)와 보조 자성시트(31b) 사이의 접합부에 오버랩 부분을 배치하는 것은 자기장 누설이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 하이브리드형 자기장 차폐시트(31), 특히 메인 자성시트(31a)는 일반적으로 배터리 셀에 대응하는 직사각형 또는 정사각형의 사각형상을 이루게 되나, 이외에도 오각형 등의 다각형 또는 원형이나 타원, 그리고 부분적으로 직사각 형상과 원형이 조합된 형상으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 자기장 차폐가 요구되는 부위의 형상에 따라 이에 대응하는 형상을 갖는다.

상기 메인 자성시트(31a)는 예를 들어, 투자율이 높은 비정질 리본으로 이루어진 비정질 시트 또는 페라이트 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 비정질 시트는 투자율이 높은 것은 모두 사용 가능하며, 예를 들어, Fe계, Co계, Ni계 비정질 합금으로 이루어진 박판의 비정질 리본을 사용할 수 있다.

또한, 상기 메인 자성시트(31a)는 연자성 특성이 우수한 퍼멀로이(permalloy) 또는 몰리브덴(Mo)을 함유하고 있는 MPP(Moly-Permalloy Powder) 등을 적용할 수 있다.

보조 자성시트(31b)는 비정질 합금 분말, 연자성체 분말, 센더스트와 같은 고투자율의 자성분말과 수지로 이루어진 폴리머 시트를 사용할 수 있다.

이 경우, 비정질 합금 분말은 예를 들어, Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Fe-Zr-B 및 Co-Fe-Si-B로 이루어진 군에서 선택되는 비정질 합금을 1종 이상 포함하는 비정질 합금 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 비정질 시트는 예를 들어, 15 내지 35um의 두께를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 20um의 두께를 갖는 것이 좋다. 또한, 페라이트 시트는 예를 들어, 50 내지 100um의 두께를 갖는 것을 사용할 수 있다. 더욱이, 보조 자성시트(31b)는 예를 들어, 50 내지 100um의 두께를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 50um의 두께를 갖는 것이 좋다.

상기한 제1실시예의 하이브리드형 자기장 차폐시트(31)는 고투자율의 메인 자성시트(31a)가 중앙부에 위치되고, 상기 메인 자성시트(31a)의 외측에 저투자율의 보조 자성시트(31b)가 배치되어 있기 때문에, 방위 표시를 위해 휴대 단말기기에 내장되는 지구자기장 센서(도시되지 않음)의 배치를 보조 자성시트(31b)의 4변 중 어느 하나의 변에 배치할 수 있어, 설계 자유도를 높게 한다. 또한, 지구자기장 센서는 저투자율의 보조 자성시트(31b)와 거리를 근접시켜서 배치할지라도 지구자기장 센서의 방위각에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있게 된다.

도 7a 및 도 7b를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트(33)는 고투자율의 메인 자성시트(33a)와, 상기 메인 자성시트(33a)의 일측변에 접합되는 저투자율의 보조 자성시트(33b)를 포함한다.

상기 메인 자성시트(33a)는 예를 들어, 직사각형 또는 정사각형의 사각형상으로 이루어지고, 보조 자성시트(33b)는 직사각 형상을 이루면서 상기 메인 자성시트(33a)의 일측변에 예를 들어, 1mm 이상 오버랩하면서 적층되어 있다.

제2실시예에 따른 메인 자성시트(33a)는 제1실시예의 메인 자성시트(31a)와 동일한 재료로 이루어지고, 보조 자성시트(33b)는 제1실시예의 보조 자성시트(31b)와 동일한 재료로 이루어진다.

본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트(33)는 보조 자성시트(33b)가 메인 자성시트(33a)의 일측변에만 연장 형성되어 있으므로, 휴대 단말기기 내의 지구자기장 센서(도시되지 않음)의 배치는 보조 자성시트(33b)의 외곽에 거리를 두고 배치하는 것이 바람직하다.

더욱이, 제2실시예에서 보조 자성시트(33b)가 지구자기장 센서가 배치되는 방향으로 메인 자성시트(33a)의 일측변에 연장 형성되고 있으나, 지구자기장 센서가 배치되는 방향으로 일부분에만 국부적으로 삼각형, 사각형, 오각형 등을 포함하는 다각형 또는 원형의 보조 자성시트(33b)를 부가하는 것도 물론 가능하다.

한편, 상기 제1 및 제2 실시예에서 메인 자성시트(31a,33a)로 사용되는 비정질 시트는 페라이트 시트에 비하여 박막 시트로 구성될 수 있는 장점이 있는 반면에 주파수 의존도가 높아 고주파로 갈수록 차폐 기능이 저하된다. 이에 반하여 페라이트는 산화물 자성분말을 함유하고 있기 때문에 주파수 의존도가 높지 않다.

따라서, 13.56MHz의 높은 주파수 대역을 사용하는 NFC 기능을 채용하는 경우 메인 자성시트(31a,33a)로 페라이트 시트를 사용하고, 100 ~ 500kHz 대역의 저주파 대역을 사용하는 펜 타블렛이나 무선 충전 기능을 단말기에 채용하는 경우, 비정질 시트를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 휴대 단말기에 NFC와 무선 충전 기능을 동시에 채용하는 경우, 하이브리드형 자기장 차폐시트(35)는 도 8a 및 도 8b와 같이, 주파수 의존도가 낮은 페라이트 시트(35a)를 주파수 의존도가 높은 비정질 시트(35b)와 함께 라미네이팅 적층하여 사용함에 의해 NFC용 자기장 차폐에는 페라이트 시트(35a)를 사용하고 무선 충전기용으로는 비정질 시트(35b)를 사용함에 의해 동시에 해결이 가능하다.

더욱이, 휴대 단말기에 NFC와 무선 충전 기능을 동시에 채용하는 경우, 하이브리드형 자기장 차폐시트는 제1실시예와 유사하게 중앙부에 일정 면적의 비정질 시트(35b)를 사용하고, 상기 비정질 시트(35b)의 외부에 비정질 시트(35b)를 전체적으로 둘러싸는 환형의 페라이트 루프를 조합하는 것도 가능하다. 즉, 비정질 시트(35b)에 비하여 상대적으로 투자율이 작은 페라이트를 루프 형태로 형성하여 비정질 시트의 외곽에 배치한다. 이러한 변형예는 상기한 라미네이트 구조에 비하여 재료비용의 절감이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트(31,33)는 부가 기능의 성능 극대화 및 지구자기장 센서의 왜곡 방지뿐만 아니라 여러가지 부가 기능을 동시에 만족할 수 있는 자기장 차폐시트를 제공한다.

이하에 상기한 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 휴대 단말기기에 적용되는 것을 예를 들어 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 NFC 안테나에 적용된 구조를 나타내는 분해 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 NFC 안테나가 자기장 차폐시트와 함께 배터리 커버에 형성되어 휴대 단말기기에 조립되는 것을 나타내는 분해 사시도이다.

도 1을 참고하면, 휴대 단말기기(1)가 NFC 기능을 구비하는 경우 NFC 안테나(11)가 양면 테이프(13)를 이용하여 자기장 차폐시트(30a)의 일측면에 부착된다. 도 1에서 부재번호 14는 박리지(release paper)로서 안테나(11) 제작 후에 안테나(11)의 양면 테이프(13)를 보호하기 위해 부착된 것으로 사용시에는 박리하여 제거된다.

상기 NFC 안테나(11)는 주지된 어떤 구조를 갖는 것도 사용 가능하다. 예를 들어, NFC 안테나 코일(11a)은 도 1에 나타낸 바와 같이 폴리이미드(PI)와 같은 합성수지로 이루어진 기판(11b)에 도전성 금속재로 패턴 형성된 소용돌이(spiral) 패턴으로 구성될 수도 있다. 도 1에는 안테나 코일(11a)의 소용돌이 패턴이 직사각형으로 도시되어 있으나, 이는 원형이어도 좋고 직사각형과 원형을 혼합한 형태 등 다양한 구조를 가질 수 있다.

상기 실시예 설명에서는 NFC 안테나(11)와 자기장 차폐시트(30a)를 부착시키기 위한 접착층으로서 양면 테이프(13)를 사용하고 있으나, 이에만 한정되지 않고 NFC 안테나의 성능을 제한하지 않는 범위에서 NFC 안테나(11)와 자기장 차폐시트(30a)을 결합시키기 위한 다양한 방법이 이용될 수 있다.

상기 NFC 안테나(11)는 합성 수지 기판(11b)과 양면 테이프(13) 대신에 절연층 역할을 하는 하나의 접착시트, 예를 들어, 양면 테이프에 NFC 안테나 코일(11a)을 전사방식으로 형성함에 의해 박막 구조를 채용할 수 있다.

상기 양면 테이프에 직접 NFC 안테나 코일(11a)을 전사방식으로 형성하는 경우 안테나 코일(11a)이 형성된 양면 테이프의 표면은 예를 들어, PSR(Photo Imageable Solder Resist)나 PSI와 같은 안테나 코일 패턴을 보호하기 위한 보호막이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 필요에 따라 상기 NFC 안테나 코일(11a)을 자기장 차폐시트(30a)의 일측면에 일체로 형성함에 의해 다른 휴대 단말기기의 NFC 안테나로부터 방사된 무선 전자기파를 NFC 안테나(11)의 안테나 코일(11a)로 집속시키는 것을 강화하여 NFC 안테나(11)의 성능을 극대화하는 것도 가능하다.

상기한 NFC 안테나(11)와 자기장 차폐시트(30a)의 조립체는 도 1과 같이 조립된 후, 도 2와 같이 휴대 단말기기(1)의 배터리 커버(5)에 양면 테이프(13a)를 사용하여 부착된 후, 휴대 단말기기(1)에 결합되어 사용된다.

상기와 같이, NFC 안테나(11)와 자기장 차폐시트(30a)의 조립체가 휴대 단말기기(1)의 배터리 커버(5)에 구비되는 경우 휴대 단말기기에 NFC 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기(1)에 미치는 영향을 차단하며 NFC 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수함에 따라 NFC 안테나 코일을 보다 작게 형성하는 것이 가능하며 충분한 통신 거리를 확보할 수 있게 된다.

상기 NFC 안테나(11)인 경우 자기장 차폐시트(30a)의 메인 자성시트로는 주파수 의존도가 낮은 페라이트 시트를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 1에 도시된 NFC 안테나(11)와 자기장 차폐시트(30a)는 RFID 통신과 사용하는 주파수 대역이 13.56MHz로 동일하므로 리더 안테나와 RFID 통신에 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 무선 충전 안테나에 적용된 구조를 나타내는 것으로, 휴대 단말기기(1)가 무선 충전 기능을 구비하는 경우 무선 충전 안테나(12)가 양면 테이프(13)를 이용하여 자기장 차폐시트(30b)의 일측면에 부착된다. 도 3에서 부재번호 14는 박리지(release paper)로서 안테나(12)의 양면 테이프(13)를 보호하기 위해 부착된 것으로 사용시에는 박리하여 제거된다.

상기 무선 충전 안테나(12)는 주지된 어떤 구조를 갖는 것도 사용 가능하다. 예를 들어, 무선 충전 안테나 코일(12a)은 도 3에 나타난 바와 같이 폴리이미드(PI)와 같은 합성수지로 이루어진 기판(12b)에 수평하게 직사각형태의 소용돌이 패턴으로 구성될 수도 있다.

상기 무선 충전 안테나(12)는 합성 수지 기판(12b)과 양면 테이프(13) 대신에 절연층 역할을 하는 하나의 접착시트, 예를 들어, 양면 테이프에 직접 무선 충전 안테나 코일(12a)을 전사방식으로 형성함에 의해 박막 구조로 조립될 수 있다.

이 경우, 무선 충전 안테나 코일(12a)은 무선으로 전력을 수신하는 것이므로 일반 코일을 평면 인덕터 형태로 권선하여 기판에 부착시켜 사용하는 것도 가능하다.

상기한 무선 충전 안테나(12)와 자기장 차폐시트(30b)의 조립체는 조립된 후, 휴대 단말기기(1)의 배터리 커버(5)에 양면 테이프(13a)를 사용하여 부착된다. 그 후, 배터리 커버(5)가 휴대 단말기기(1)에 결합되면 자기장 차폐시트(30b)는 배터리(3)를 커버하는 형태로 사용된다.

상기와 같이, 무선 충전 안테나(12)와 자기장 차폐시트(30b)의 조립체가 휴대 단말기기(1)의 배터리 커버(5)에 구비되는 경우 휴대 단말기기에 무선 충전 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기(1)에 미치는 영향을 차단하며 무선 충전 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수할 수 있게 된다.

즉, 급전측 스파이럴 코일(1차 코일)로부터 발생한 자속이 단말기의 회로 기판 및 배터리(2차 전지)(3) 등에 쇄교하는 것을 방지하고, 무선 충전 안테나 코일(12a)(즉, 2차 코일)의 유도기전력(전자기 유도)에 기인한 노이즈 및 발열을 억제하게 된다.

상기 무선 충전 안테나(12)인 경우 사용하는 주파수 대역이 저주파 대역이므로 자기장 차폐시트(30b)의 메인 자성시트로는 투자율이 우수한 비정질 시트를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 도 4는 NFC 안테나와 무선 충전 안테나가 FPCB를 사용하여 일체로 형성된 듀얼 안테나 구조를 보여주는 평면도이다.

NFC와 무선 충전 기능을 동시에 수행하기 위한 듀얼 안테나(20)는 양면 기판 구조를 갖는 FPCB를 사용하여 구현되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 듀얼 안테나는 이에 제한되지 않고 다른 형태의 구조를 가질 수 있다.

도 4를 참고하면, 듀얼 안테나(20)는 예를 들어, 접착기판(29) 위에 NFC 안테나 코일(21)과 무선 충전 안테나 코일(23)이 함께 형성되어 있다. 상기 접착기판(29)은 예를 들어, 양면 접착 테이프를 사용할 수 있으며, NFC 안테나 코일(21)과 무선 충전 안테나 코일(23)은 전사방식을 사용하여 접착기판(29)에 형성된다.

NFC 안테나 코일(21)은 무선 충전 안테나 코일(23) 보다 주파수 대역이 높기 때문에 접착기판(29)의 외곽을 따라 미세한 선폭의 직사각 형상의 도전성 패턴으로 형성되어 있고, 무선 충전 안테나 코일(23)은 전력 전송이 요구되며 NFC 보다 낮은 주파수 대역을 사용하므로 NFC 안테나 코일(21)의 내측에 NFC 안테나 코일(21)의 선폭보다 넓은 선폭으로 이루어지며 대략 타원 형상의 도전성 패턴으로 형성되어 있다.

상기 듀얼 안테나(20)는 NFC 안테나 코일(21)과 무선 충전 안테나 코일(23)의 일측에 연장 형성된 접착기판(29)의 돌출부에 각각 한쌍의 터미널 단자(21a,21b)(23a,23b)가 배치되어 있다.

상기 NFC 안테나 코일(21)의 외측 라인은 제1터미널 단자(21a)에 직접 연결되고, 내측라인은 도전성 스루홀(25a,25b)을 통하여 접착기판(29)의 배면에 형성된 단자 연결용 패턴(도시되지 않음)을 통하여 제2터미널 단자(21b)에 연결된다.

유사하게 무선 충전 안테나 코일(23)의 외측라인은 도전성 스루홀(27a,27b)을 통하여 접착기판(29)의 배면에 형성된 단자 연결용 패턴(도시되지 않음)을 통하여 제3터미널 단자(23a)에 연결되고, 내측라인은 도전성 스루홀(27c,27d)을 통하여 접착기판(29)의 배면에 형성된 단자 연결용 패턴(도시되지 않음)을 통하여 제4터미널 단자(23b)에 연결된다.

상기 접착기판(29)은 표면에 예를 들어, PSR(Photo Solder Resist)나 PSI와 같은 안테나 코일 패턴을 보호하기 위한 보호막이 형성되는 것이 바람직하다.

따라서 휴대 단말기에 NFC와 무선 충전 기능을 동시에 채용하는 경우, 도 4와 같이 형성된 듀얼 안테나(20)를, 도 8a 및 도 8b에 도시된 페라이트 시트(35a)와 비정질 시트(35b)를 적층한 자기장 차폐시트(35)의 일면에 부착하여 사용할 수 있다.

한편, 도 5에는 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 펜 타블렛 단말기에 적용된 구조를 나타내고 있다.

본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 펜 타블렛에 적용될 경우, 펜 타블렛은 LCD 패널(7)의 배면에 양면 테이프(13)를 이용하여 자기장 차폐시트(30c)가 접합되고, 자기장 차폐시트(30c)의 배면에 메인 PCB(9)와 배터리(3)가 적층된다. 이 경우, 하이브리드형 자기장 차폐시트(30c)는 사용하는 주파수 대역이 저주파 대역이므로 자기장 차폐시트(30c)의 메인 자성시트로는 투자율이 우수한 비정질 시트를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 펜 타블렛에 적용되는 하이브리드형 자기장 차폐시트(30c)는 단말기에서 안테나를 통하여 무선 펜으로 100 ~ 200kHz 대역의 자기장을 발생하여 펜에 무선으로 전력을 송신하여 펜 내부의 소자를 구동시키고, 다시 500kHz 이상의 주파수를 이용하여 단말기와 펜 간의 통신을 주고받을 때 펜에 전력송신 효율이나 통신기능의 향상 및 단말기 내부의 부품(주로 배터리)에 영향을 차단하는 역할을 한다.

또한, 상기 펜 타블렛은 상기 저주파 대역 대신에 다른 고주파 대역, 예를 들어, 6.78MHz 또는 그 이상의 고주파를 사용할 수 있으며, 이에 따라 자기장 차폐시트(30c)의 메인 자성시트의 재료도 사용 주파수 대역에 최적의 특성을 갖는 재료로 변경하는 것도 가능하다.

더욱이, 상기한 안테나와 무선 펜 사이의 무선 전력 전송은 자기유도방식 대신에 자기공명방식에 기초하여 이루어지는 것도 가능하며, 무선 전력 전송이 이루어질 수 있는 것이라면 어떤 방식도 가능하다.

(실시예 1)

실시예 1은 도 6a에 도시된 제1실시예에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트가 휴대 단말기기에 적용되고, 방위 표시를 위해 3축 지구자기장 센서가 휴대 단말기기에 내장되는 경우 자기장 차폐시트의 보조 자성시트와 지구자기장 센서 사이의 거리에 따른 지구자기장 센서의 방위각 오차를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 1은 메인 자성시트로 비정질 시트를 사용하고, 보조 자성시트로 폴리머 시트를 사용하였다.

시트와의 거리	실시예 1 (단위 : °)
	TxZ	TxY	TyZ	TyX	TzX	TxY
No sheet	0	0	0	0	0	0
3mm	1	3	0	2	4	-1
4mm	1	3	0	1	3	0
5mm	1	2	0	1	1	-1

(비교예 1)

비교예 1은 자기장 차폐시트로서 비정질 시트를 사용하여 휴대 단말기기에 적용되고, 방위 표시를 위해 지구자기장 센서가 휴대 단말기기에 내장되는 경우 자기장 차폐시트와 지구자기장 센서 사이의 거리에 따른 지구자기장 센서의 방위각 오차를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

시트와의 거리	비교예 1 (단위 : °)
	TxZ	TxY	TyZ	TyX	TzX	TxY
No sheet	0	0	0	0	0	0
3mm	1	0	0	2	11	-1
5mm	1	0	0	2	4	-1
7mm	1	0	0	1	0	-1
10mm	0	0	0	1	-2	-1

상기한 표 1 및 표 2에서 TxZ, TxY, TyZ, TyX, TzX, 및 TxY는 지구자기장 센서에 대한 X,Y,Z 직각좌표계의 방위각의 왜곡 정도를 나타낸다.

상기한 표 1 및 표 2를 비교하면, 비교예 1과 같이, 자기장 차폐시트로서 비정질 시트를 사용하는 경우 지구자기장 센서가 자기장 차폐시트로부터 3mm 떨어진 위치에 배치될 때 지구자기장 센서의 TzX 방향의 방위각 오차는 3mm일 때 11°이나, 실시예 1과 같이, 자기장 차폐시트로서 메인 자성시트로 비정질 시트를 사용하고, 보조 자성시트로 페라이트 시트를 사용한 하이브리드형 자기장 차폐시트를 사용하는 경우 지구자기장 센서가 자기장 차폐시트로부터 3mm 떨어진 위치에 배치될 때 지구자기장 센서의 TzX 방향의 방위각 오차는 3mm일 때 4°인 것으로 측정되었다.

즉, 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 사용하는 경우 단일의 비정질 시트를 사용하는 비교예 1과 비교할 때 지구자기장 센서의 방위각 왜곡 정도는 약 1/4로 감소되는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트를 사용하는 경우 지구자기장 센서의 방위각 왜곡 정도는 소프트웨어적으로 보상이 이루어질 수 있는 범위이나, 비교예 1의 지구자기장 센서의 방위각 왜곡 정도는 소프트웨어적으로 보상이 어렵거나 매우 복잡한 신호 처리를 요구하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 자기장 차폐시트는 고투자율의 메인 자성시트가 중앙부에 위치되고, 상기 메인 자성시트의 외측에 저투자율의 보조 자성시트가 배치되어 있기 때문에, 방위 표시를 위해 휴대 단말기기에 내장되는 지구자기장 센서의 배치를 보조 자성시트에 근접하여 배치할지라도 지구자기장 센서의 방위각에 영향을 미치는 것을 최소화하면서도 휴대 단말기기에 NFC, RFID, 무선 충전, 펜 타블렛 등의 다양한 부가 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기에 미치는 영향을 차단하며 부가 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수할 수 있게 된다.

상기한 실시예 설명에서는 휴대 단말기기에 부가 기능으로서 NFC, RFID, 무선 충전, 펜 타블렛 등을 예시하였으나, 이와 동일하게 비접촉(무선) 방식으로 부가 기능을 제공하는 것은 모두 본 발명을 적용할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명에 따른 무선 충전용 하이브리드형 자기장 차폐시트는 휴대 단말기기에 NFC, 무선 충전 등의 다양한 부가 기능을 비접촉(무선) 방식으로 구현할 때 발생되는 자기장에 의해 휴대 단말기기에 미치는 영향을 차단하며 부가 기능을 수행하는 데 필요한 전자파를 흡수하는 데 적용될 수 있다.

1: 휴대 단말기기 3: 배터리
5: 배터리 커버 7: LCD 패널
9: 메인 PCB 11: NFC 안테나
11a,21: NFC 안테나 코일 11b,12b: 기판
12: 무선 충전 안테나 12a: 무선 충전 안테나 코일
13,13a: 양면 테이프 14: 박리지
20: 듀얼 안테나 21a,21b,23a,23b: 터미널 단자
25a,25b,27a-27d: 도전성 스루홀 30a-30c: 자기장 차폐시트
31,33,35: 자기장 차폐시트 31a,33a: 메인 자성시트
31b,33b: 보조 자성시트 35a: 페라이트 시트
35b: 비정질 시트

Claims (9)

1. NFC와 무선 충전 기능을 동시에 채용하는 휴대 단말기기용 안테나 장치에 있어서,
   중앙부에 위치하는 비정질 자성 시트 및 상기 비정질 자성 시트의 외곽에 배치되어, 상기 비정질 자성 시트를 전체적으로 둘러싸는 환형의 페라이트 루프를 포함하는 하이브리드형 자기장 차폐시트; 및
   상기 자기장 차폐시트의 일 표면에 휴대 단말기기에 NFC와 무선 충전 기능을 제공하도록 접착되는 안테나를 포함하고,
   상기 안테나는 NFC 안테나와 무선 충전 안테나를 포함하고, 상기 NFC 안테나는 상기 무선 충전 안테나를 둘러싸는 형상인, 휴대 단말기기용 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 페라이트 루프는 상기 비정질 자성 시트보다 투자율이 낮은 휴대 단말기기용 안테나 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 페라이트 루프는 NFC용 자기장 차폐에 사용되고, 상기 비정질 자성 시트는 무선 충전용 자기장 차폐에 사용되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기기용 안테나 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images