KR20170050665A - 무선충전용 자기장 차폐시트 및 이를 포함하는 무선전력 수신모듈 - Google Patents

무선충전용 자기장 차폐시트 및 이를 포함하는 무선전력 수신모듈 Download PDF

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Abstract

무선충전용 자기장 차폐시트 및 이를 포함하는 무선전력 수신모듈이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 무선충전용 자기장 차폐시트는 자기유도방식으로 작동하는 제1무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하기 위한 제1시트; 상기 제1시트의 두께를 수용하기 위한 수용부가 구비되고 자기공진방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하기 위한 제2시트; 및 상기 제1시트 및 제2시트를 동시에 덮도록 상기 제1시트 및 제2시트의 동일면 상에 적층되어 상기 제2무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하는 제3시트;를 포함한다.

Description

무선충전용 자기장 차폐시트 및 이를 포함하는 무선전력 수신모듈{Shielding sheet for wireless charging and wireless charging receive module having the same}
본 발명은 무선충전에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매우 얇은 두께에서도 서로 다른 방식으로 작동하는 무선충전 안테나의 요구되는 충전효율을 모두 만족할 수 있는 무선충전용 자기장 차폐시트 및 이를 포함하는 무선전력 수신모듈에 관한 것이다.
최근 휴대폰, 타블렛 PC 등을 비롯한 휴대 단말기에 RFID(Radio Frequency Identification: 무선식별), 근거리 무선통신(NFC), 무선충전(WPT), 대화형 펜 타블렛 등 다양한 기능이 추가되고 있다.
이러한 휴대 단말기에는 내장된 배터리를 무선으로 충전하기 위한 무선 충전 기능이 구비되고 있는데, 이러한 무선 충전은 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈과, 상기 무선전력 수신모듈에 전력을 공급하는 무선전력 송신모듈에 의해 이루어진다.
한편, 최근 휴대 단말기는 경박단소형화됨에 따라 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈의 두께 역시 얇아지고 있으며, 예컨대 무선전력 수신모듈의 총두께를 0.4m 이하, 심지어 0.35mm 이하로 설계해야 하는 문제에 직면했다.
이와 같은 무선전력 수신모듈의 두께를 0.4mm 이하, 심지어 0.35mm 이하로 설계하는 경우 무선 충전 방식에서 요구하는 충전효율을 구현하는데 상당한 어려움이 따르고 있다.
즉, 안테나유닛이 서로 다른 주파수 대역에서 작동하는 여러 개의 안테나로 구비되는 경우 해당 안테나의 특성을 각각 향상시키기 위해서는 복수 개의 시트를 적층하여 자기장 차폐시트를 구성하는 것이 일반적이다. 이러한 적층방식은 전체적인 두께를 줄이는데 한계가 있기 때문에 어느 하나의 시트를 다른 하나의 내부에 삽입하는 액자 형식의 차폐시트가 제안되었다.
그러나 이러한 액자 방식의 자기장 차폐시트는 전체적인 두께를 줄일 수는 있었으나 전체두께가 매우 얇은 조건, 일례로, 무선전력 수신모듈의 전체두께가 0.4mm 이하의 가혹한 조건에서는 요구되는 충전효율을 만족시키지 못하는 문제가 드러났다.
즉, 자기유도방식으로 작동하는 무선충전 안테나와 자기공진방식으로 작동하는 무선충전 안테나가 무선전력 수신모듈에 동시에 구현되는 경우 자기유도 방식으로 작동하는 무선충전 안테나는 전체적인 두께가 0.4mm 이하의 가혹한 조건에서도 요구되는 충전효율을 만족하였으나 자기공진방식으로 작동하는 무선충전 안테나는 요구되는 충전효율에서 큰 폭, 일례로 10% 이상 떨어지는 문제점이 있다.
달리 말하면, 자기유도 방식으로 작동하는 무선충전 안테나의 경우 차폐시트의 두께가 얇아진다 하더라도 충전효율의 저하가 크게 발생하지 않으나 자기공진 방식으로 작동하는 무선충전 안테나의 경우 차폐시트의 두께가 얇아지게 되면 충전효율이 크게 저하된다.
따라서, 휴대 단말기의 경박단소형화의 요구에 부응하면서도 서로 다른 방식으로 작동하는 무선충전에서 요구하는 충전효율을 모두 만족할 수 있는 자기장 차폐시트의 개발이 절실히 요구된다.
KR 10-2013-0045306 A
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 자기유도방식으로 작동하는 무선충전 안테나와 자기공진방식으로 작동하는 무선충전 안테나가 하나의 모듈에 구현되는 경우 전체두께의 제약이 심한 가혹한 조건에서도 각각의 무선충전방식에서 요구되는 충전효율을 모두 만족할 수 있는 무선충전용 자기장 차폐시트 를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 무선충전용 자기장 차폐시트를 이용하여 무선전력 수신모듈을 구현함으로써 전체두께의 제약이 심한 가혹한 조건에서도 서로 다른 무선충전 방식에서 요구하는 충전특성을 만족할 수 있는 무선전력 수신모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 자기유도방식으로 작동하는 제1무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하기 위한 제1시트; 상기 제1시트의 두께를 수용하기 위한 수용부가 구비되고 자기공진방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하기 위한 제2시트; 및 상기 제1시트 및 제2시트를 동시에 덮도록 상기 제1시트 및 제2시트의 동일면 상에 적층되어 상기 제2무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하는 제3시트;를 포함하는 무선충전용 자기장 차폐시트를 제공한다.
또한, 상기 제3시트는 상기 제1시트 및 제2시트의 경계영역을 덮도록 배치될 수 있으며, 상기 제1시트의 면적과 제2시트의 면적을 합한 면적과 동일한 면적을 갖도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1시트는 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트이고, 상기 제2시트 및 제3시트는 페라이트 시트일 수 있다.
또한, 상기 제1시트, 제2시트 및 제3시트 중 적어도 어느 하나는 플레이크 처리되어 다수 개의 미세조각으로 분리형성될 수 있다. 이때, 상기 다수 개의 미세조각은 적어도 한 변이 직선이 아닌 만곡형상으로 이루어지는 미세조각을 포함할 수 있으며, 상기 다수 개의 미세조각의 전체개수 중 적어도 한 변이 만곡형상으로 이루어진 미세조각의 개수가 50% 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1시트 및 제2시트가 플레이크 처리되어 다수 개의 미세조각으로 구성되는 경우, 상기 제2시트를 구성하는 미세조각의 평균입경은 상기 제1시트를 구성하는 미세조각의 평균입경보다 더 큰 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 미세조각은 비정형으로 이루어질 수 있으며, 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연될 수 있다.
또한, 상기 제1시트는 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 복수 개의 층으로 적층되어 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은 자기유도 방식으로 작동하는 제1무선충전 안테나 및 자기공진 방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되고 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키는 상술한 무선충전용 자기장 차폐시트;를 포함하는 무선전력 수신모듈을 제공한다.
또한, 상기 안테나유닛은 상기 제1무선충전 안테나와 함께 상기 제1시트와 대응되는 위치에 배치되는 MST 안테나를 포함할 수 있고, 상기 제2무선충전 안테나 와 함께 상기 제2시트와 대응되는 위치에 배치되는 NFC 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 제1무선충전 안테나와 함께 상기 제1시트와 대응되는 위치에 배치되는 MST 안테나 및 상기 제2무선충전 안테나 와 함께 상기 제2시트와 대응되는 위치에 배치되는 NFC 안테나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 안테나유닛 및 자기장 차폐시트의 두께를 합한 총 두께는 0.3mm ~ 0.4mm일 수 있으며, 상기 제2시트 및 제3시트의 두께를 합한 두께는 0.2mm일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 무선전력 수신모듈이 백커버 또는 리어케이스에 구비된 휴대 단말기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 액자형으로 구성되는 차폐시트의 일면에 별도의 시트를 추가적으로 적층함으로써 전체적인 두께가 얇아지더라도 서로 다른 방식으로 작동하는 무선충전 안테나의 충전효율이 요구치를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명은 자기장 차폐시트를 구성하는 복수 개의 시트 중 외측에 배치되는 시트가 적어도 한변이 만곡형상으로 이루어진 미세 조각들이 소정의 비율 이상 포함하도록 구성됨으로써 시트 자체의 유연성을 확보하여 특성변화를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 차폐시트를 나타낸 단면도,
도 2는 도 1에서 제1시트, 제2시트 및 제3시트의 세부구성을 나타낸 확대도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 차폐시트에서 제1시트, 제2시트 및 제3시트 중 어느 하나가 복수 개의 미세조각으로 분리형성된 경우 미세조각의 형상을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 무선충전용 자기장 차폐시트가 적용된 무선전력 수신모듈을 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 단면도, 그리고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 무선충전용 자기장 차폐시트가 적용된 무선전력 수신모듈에서 안테나유닛의 다양한 형태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
먼저, 도 4 및 도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신모듈(100)은 안테나유닛(110) 및 자기장 차폐시트(120)를 포함한다.
상기 안테나유닛(110)은 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기와 무선 신호를 송출하거나 수신하기 위한 것이다.
이와 같은 안테나유닛(110)은 서로 다른 동작주파수에서 상이한 방식으로 작동하는 복수 개의 무선충전 안테나(114a,114b)가 구비되어 해당 동작주파수 대역에서 무선신호를 수신함으로써 상술한 휴대용 전자기기가 필요로 하는 전력을 생산하게 된다.
여기서, 상기 복수 개의 무선충전 안테나(114a,114b)는 일정길이를 갖는 도전성부재가 시계방향 또는 반시계방향으로 복수 회 권선되는 원형, 타원형 또는 사각형상의 평판형 코일로 구성되어 상기 자기장 차폐시트(120)의 일면에 고정되는 형태로 구비될 수도 있지만, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 폴리이미드(PI)나 PET 등과 같은 합성수지로 이루어진 회로기판(112)의 적어도 일면에 동박 등과 같은 전도체를 루프 형태로 패터닝하거나 전도성 잉크를 사용하여 루프 형상의 금속 패턴을 형성하여 구성함으로써 박형화를 구현할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 복수 개의 무선충전 안테나(Wireless power transfer)(114a,114b)는 자기 유도 방식으로 작동하는 제1무선충전 안테나(114a) 및 자기 공진 방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나(114b)로 구성된다.
즉, 상기 제1무선충전 안테나(114a)는 동작주파수가 100~350kHz인 주파수 대역에서 자기유도 방식으로 작동하는 Qi 또는 PMA 방식의 안테나일 수 있고, 상기 제2무선충전 안테나(114b)는 동작주파수가 6.765~6.795MHz인 주파수 대역에서 자기공진 방식으로 작동하는 A4WP 방식의 안테나로 구성된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 무선전력 수신모듈(100)은 상기 안테나유닛(110)이 자기유도방식과 자기공진방식으로 각각 작동하는 제1무선충전 안테나(114a) 및 제2무선충전 안테나(114b)를 포함함으로써 하나의 수신모듈을 통하여 서로 상이한 두 가지 방식의 무선충전을 모두 수행할 수 있게 된다.
여기서, 자기유도방식으로 작동하는 상기 제1무선충전 안테나(114a)는 Qi 방식의 안테나일 수도 있고 PMA 방식의 안테나일 수도 있으며, 바람직하게는 하나의 안테나를 통하여 Qi 방식과 PMA 방식으로 모두 작동할 수 있도록 구비될 수 있다.
이로 인해, 본 발명에 따른 무선전력 수신모듈(100)은 휴대 단말기에 내장되어 동작주파수 또는 작동방식이 상이한 Qi 방식, PMA 방식 및 A4WP 방식을 모두 이용하여 충전을 수행할 수 있게 된다.
여기서, 도면에는 상기 복수 개의 안테나(114a,114b)가 회로기판(112)의 상부면에 패터닝되는 것으로 도시하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 회로기판(112)의 하부면에 패터닝될 수도 있고 상부면과 하부면에 각각 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
이와 같은 안테나유닛(110)은 상기 자기장 차폐시트(120)의 일면에 접착층을 매개로 고정된다. 여기서, 상기 접착층은 접착 성질을 갖는 본드, PVC, 고무 또는 양면 테이프 등일 수 있으며, 전도성을 갖는 성분이 포함될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 안테나유닛(110)은 무선 충전 뿐만 아니라 근거리 데이터 통신을 이용한 데이터 송수신 및 자기 결제 등과 같은 추가적인 기능을 수행하기 위한 안테나가 추가로 포함될 수 있다.
즉, 상기 안테나유닛(110)은 근거리 통신을 위한 NFC(Near field communication) 안테나(114d) 및 마그네틱 보안 전송 방식의 MST(Magnetic secure transmission) 안테나(114c) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
일례로, 상기 안테나유닛(110)은 상기 제1무선충전 안테나(114a)와 제2무선충전 안테나(114a)의 사이에 MST 안테나(114c)가 배치되거나(도 6a 참조), 상기 제1무선충전 안테나(114a)와 제2무선충전 안테나(114a)의 사이에 NFC 안테나(114d)가 배치될 수 있으며(도 6b 참조), 상기 제1무선충전 안테나(114a)와 제2무선충전 안테나(114a)의 사이에 MST 안테나(114c) 및 NFC 안테나(114d)가 모두 배치될 수 있다(도 6c 참조).
이때, 상기 NFC 안테나(114d) 및 MST 안테나(114c)는 제1무선충전 안테나(114a) 및 제2무선충전 안테나(114b) 중 주파수 대역이 유사한 각각의 안테나와 근거리에 배치된다. 즉, 13.56MHz에서 작동하는 NFC 안테나(114d)는 6.765~6.795MHz에서 작동하는 제2무선충전 안테나(114b)와 근거리에 위치하고 70~80kHz에서 작동하는 MST 안테나(114c)는 상기 제1무선충전 안테나(114a)와 근거리에 위치하도록 한다.
이는, 하나의 시트를 통하여 서로 유사한 대역에서 작동하는 두 개의 안테나를 모두 커버할 수 있도록 하기 위함이다.
일례로, 상기 제1무선충전 안테나(114a) 및 MST 안테나(114c)는 후술할 제1시트(121)와 대응되는 영역에 배치되며 상기 제2무선충전 안테나(114b) 및 NFC 안테나(114d)는 후술할 제2시트(122)와 각각 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 NFC 안테나(114d) 및 제1무선충전 안테나(114a)가 모두 구비되는 경우 상기 NFC 안테나(114d)는 제1무선충전 안테나(114a)보다 동작주파수 대역이 높기 때문에 제1무선충전 안테나(114a)의 외측에 미세한 선폭의 도전성 패턴으로 형성되고, 제1무선충전 안테나(114a)는 전력 전송이 요구되며 NFC 안테나(114d)보다 낮은 주파수 대역을 사용하므로 NFC 안테나(114d)의 내측에 NFC 안테나(114d)의 선폭보다 넓은 선폭으로 형성될 수 있다.
상기 자기장 차폐시트(120)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 상기 안테나유닛(110)에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키는 역할을 수행한다.
즉, 상기 자기장 차폐시트(120)는 서로 다른 주파수 대역에서 작동하는 안테나에서 발생하는 자기장이 다른 부품에 영향을 미치는 것을 각각 차단할 수 있도록 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(123)를 포함한다.
상기 제1시트(121)는 상기 복수 개의 안테나 중 제1무선충전 안테나(114a) 및 MST 안테나(114c)에서 방사되는 자기장을 차폐하기 위한 것이고, 상기 제2시트(122)는 제2무선충전 안테나(114b) 및 NFC 안테나(114d)에서 방사되는 자기장을 차폐하기 위한 것이다. 더불어, 상기 제3시트(123)는 상기 제2시트(122)를 보완하여 상기 제2무선충전 안테나(114b) 및 NFC 안테나(114d)에서 방사되는 자기장을 차폐하기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 제1시트(121)는 상기 제1무선충전 안테나(114a)와 대응되는 영역에 배치되고, 상기 제2시트(122)는 상기 제2무선충전 안테나(114b)와 대응되는 영역에 각각 배치되며, 상기 제3시트(123) 역시 상기 제2무선충전 안테나(114b)와 대응되는 영역을 포함하도록 배치된다.
이때, 상기 제1시트(121)는 상기 제2무선충전 안테나(114b)의 내측에 배치되는 제1무선충전 안테나(114a)를 포함하는 면적을 갖도록 구비된다. 이에 따라, 상기 제1시트(121)를 통해 제1무선충전 안테나(114a)의 전 영역을 커버함으로써 제1무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 안테나유닛(110)에 MST용 안테나(114c)가 구비되는 경우 상기 제1시트(121)는 상기 제1무선충전 안테나(114a) 및 MST용 안테나(114c)의 직상부 영역을 포함하도록 구비될 수 있으며, NFC 안테나(114d)가 안테나유닛(110)에 포함되는 경우 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)는 상기 제2무선충전 안테나(114b) 및 NFC 안테나(114d)의 직상부 영역을 포함하도록 구비될 수 있다. 그러나 상기 NFC 안테나(114d) 및 MST 안테나(114c)의 배치위치를 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 제1무선충전 안테나(114a)가 제1시트(121)와 대응되는 영역에 배치되고 상기 제2무선충전 안테나(114b)가 제2시트(122)와 대응되는 영역에 배치된다면 상기 NFC 안테나(114d) 및 MST 안테나(114c)의 배치위치는 변경될 수 있음을 밝혀둔다. 일례로, 상기 NFC 안테나(114d)가 상기 제1시트(121)와 대응되는 위치에 배치되고 상기 MST 안테나(114c)가 상기 제2시트(122)와 대응되는 위치에 배치될 수도 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 자기장 차폐시트(120)는 서로 다른 주파수 대역에서 작동하는 각각의 안테나에서 발생되는 자기장을 효율적으로 차폐하여 무선충전 효율을 높이면서도 전체두께를 줄일 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 제2시트(122)의 내측에는 상기 제1시트(121)의 전체두께를 수용하기 위한 수용부가 구비되어 상기 수용부에 상기 제1시트(121)가 삽입배치되며, 상기 제3시트(123)가 상기 제1시트(121) 및 제2시트(122)를 동시에 덮도록 상기 제1시트(121) 및 제2시트(122)의 동일면 상에 적층된다.
즉, 상기 제2시트(122)의 내부에는 상기 제1시트(121)와 대략 동일한 크기를 갖는 수용부가 관통형성되고 상기 제2시트(122)는 상기 제1시트(121)와 대략 동일한 두께를 갖도록 구비됨으로써 상기 제1시트(121)가 제2시트(122)의 수용부에 삽입된다.
이때, 상기 제3시트(123)는 동일면 상에 액자형으로 배치되는 상기 제1시트(121) 및 제2시트(122)의 경계영역을 덮도록 상기 제1시트(121) 및 제2시트(122)의 일면에 적층된다.
달리 말하면, 상기 제3시트(123)는 상기 제1시트(121)와 제2시트(122)의 경계선을 포함하는 영역을 덮도록 상기 제1시트(121) 및 제2시트(122)에 적층됨으로써 상기 제1시트(121)와 제2시트(122) 사이의 틈새가 상기 제3시트(123)에 의해 덮여진다.
여기서, 상기 제3시트(123)는 상기 제2무선충전 안테나(114b)에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속할 수 있도록 상기 제2시트(122)와 동일한 특성을 갖도록 구비된다.
이에 따라, 자기공진방식으로 작동하는 상기 제2무선충전 안테나(114b)의 작동시 발생되는 자기장 중 일부가 상기 제1시트(121)와 제2시트(122) 사이의 틈새를 통해 누설되더라도 상기 제3시트(123)에 의해 차폐되어 소요의 방향으로 집속시켜 주게 된다.
이로 인해, 상기 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(123)의 두께를 얇게 하여 자기장 차폐시트(120)의 전체두께를 줄인다 하더라도 상기 제2무선충전 안테나(114b)를 통한 자기공진 방식의 무선충전시 충전효율이 크게 저하되는 것을 방지하게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 자기장 차폐시트(120)는 무선전력 수신모듈(100)의 전체두께가 0.4mm 이하, 심지어 0.35mm 이하의 두께로 제한되는 가혹한 조건을 만족시키기 위하여 자기장 차폐시트(120)의 전체두께가 0.2mm의 두께로 박형화된다 하더라도 자기유도방식으로 작동하는 제1무선충전 안테나(114a)는 물론 자기공진 방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나(114b)에서 요구되는 무선충전 효율을 만족시킬 수 있게 된다.
이는, 아래의 표 1에서 확인할 수 있다.
충전전력(W) 기준예 충전효율(%) 비교예 충전효율(%) 실시예 충전효율(%)
4 51.27 46.02 50.81
5 50.61 46.96 50.52
여기서, 기준예는 자기장 차폐시트가 자기공진 방식으로 작동하는 무선충전 안테나를 위한 시트만으로 구성되는 경우의 충전효율이고, 비교예는 자기유도 방식으로 작동하는 무선충전 안테나를 위한 제1시트가 자기공진 방식으로 작동하는 무선충전 안테나를 위한 제2시트의 내부에 삽입되는 액자형으로 자기장 차페시트가 구성되는 경우의 충전효율이며, 실시예는 본 발명에 따른 자기장 차폐시트의 충전효율을 나타낸다.
이때, 기준예, 비교예 및 실시예에서의 자기장 차폐시트의 전체두께는 0.2mm이며, 더욱 자세하게는 자기공진방식으로 작동하는 무선충전 안테나를 위한 시트로서 두께가 0.2mm인 페라이트 시트를 적용하였으며, 충전전력이 4W 및 5W일 때의 충전효율을 비교하였다.
즉, 위의 표 1에서 확인할 수 있듯이 본 발명에서의 자기장 차폐시트는 자기공진 방식으로 작동하는 무선충전 안테나의 최적 조건인 기준예에서의 충전효율과 대략 동등한 충전효율이 나타나는 반면에 액자형으로 자기장 차폐시트가 구성되는 비교예의 경우 기준예에서의 충전효율에 비하여 대략 90%의 충전효율이 나타남을 확인할 수 있다.
이는, 비교예의 경우 두 개의 시트 사이에 발생되는 틈을 통해 자기장의 일부가 누설됨으로써 전체적인 충전효율이 감소하는 반면에 본 발명에 따른 자기장 차폐시트의 경우 제1시트 및 제2시트 사이로 자기장의 일부가 누설되더라도 제3시트를 통해 보완이 이루어짐으로써 충전효율의 저하가 크게 일어나지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 자기장 차폐시트(100)는 전체두께가 전체적으로 감소하더라도 제2무선충전용 안테나에서의 충전효율이 크게 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 무선전력 수신모듈(100)의 전체두께로 0.4mm를 예시적으로 설명하였지만 이에 한정하는 것은 아니며 매우 얇은 두께인 것으로 이해되어야 할 것임을 밝혀둔다.
더불어, 상기 제2무선충전 안테나(114b)를 위한 제2시트(122) 및 제3시트(123)는 서로 동일한 두께를 갖도록 구비될 수도 있고 서로 다른 두께를 갖도록 구비될 수도 있다. 즉, 상기 제1무선충전 안테나(114a)를 위한 제1시트(121)의 두께가 자기유도방식을 통한 무선충전시 요구되는 충전효율을 만족할 수 있는 두께라면 자기장 차폐시트(120)의 전체두께 중 상기 제1시트(121)의 두께를 제외한 나머지 두께 내에서 상기 제3시트(123)의 두께가 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
여기서, 상기 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(123)로 구성되는 자기장 차폐시트(120)는 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 접착층(125)을 매개로 부착되는 보호필름(126)이 구비될 수 있다. 이때, 상기 접착층(125)은 비전도성 성분을 포함할 수 있으며, 상기 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(133)가 플레이크 처리되어 미세 조각으로 분리형성된 경우 미세 조각들 사이에 흡수되어 미세 조각들을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다. 더불어, 상기 접착층(125)은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재와, 상기 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 보호필름의 형태로 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 자기장 차폐시트(120)는 상기 제1무선충전 안테나(114a)를 위한 제1시트(121)와 상기 제2무선충전 안테나(114b)를 위한 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 소정의 주파수 대역에서 서로 다른 투자율을 갖도록 구비될 수 있다.
즉, 상기 제1시트(121)는 100~350kHz 대역에서 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)보다 상대적으로 높은 투자율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 제1시트(121)는 비정질 합금의 리본시트 또는 나노결정립 합금의 리본시트가 사용될 수 있고, 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)는 페라이트 시트가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트는 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있으며, 상기 페라이트 시트는 소결 페라이트 시트로 이루어질 수 있으며, 상기 페라이트는 Mn-Zn 페라이트 또는 Ni-Zn 페라이트로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금은 원자나 분자의 배열상태가 규칙적인 결정질 합금과는 달리 동일한 성분을 갖는다 하더라도 원자나 분자의 배열이 흐트러져 무질서하거나 불규칙한 배열 상태를 가진 금속을 의미한다.
그러나, 상기 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(123)를 위에 언급한 종류로 한정하는 것은 아니며 상기 제1무선충전 안테나(114a) 및 제2무선충전 안테나(114b)에서 발생되는 자기장을 차폐하여 무선충전 효율을 높일 수 있도록 자성의 성질을 갖는 재질이면 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 상기 제1무선충전 안테나(114a)를 위한 제1시트(121)가 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트로 구비되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1시트(121)는 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트(121a)가 플레이크 처리되어 복수 개의 미세조각으로 분리형성될 수 있으며, 각각의 미세조각들은 비정형으로 이루어질 수 있다. 이는, 전체적인 저항을 높여 와전류의 발생을 억제하여 와전류에 의한 손실을 줄여줌으로써 충전효율을 높일 수 있도록 하기 위함이다.
더불어, 상기 제1시트(121)가 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트(121a)로 구성되는 경우 상기 제1시트(121)는 플레이크 처리되어 다수 개의 미세조각으로 분리된 복수 개의 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트(121a)가 적층되어 구성될 수 있다. 이때, 각각의 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트(121a) 사이에는 비전도성 성분을 포함하는 접착층(121b)이 배치될 수 있다. 이러한 접착층(121b)은 서로 적층되는 각각의 리본시트(121a) 측으로 스며들어 상기 리본시트(121a)를 구성하는 미세 조각들 사이로 이동함으로써 서로 이웃하는 미세 조각들을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 접착층은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 형태로 구비될 수도 있다.
한편, 상기 제2무선충전 안테나(114b)를 위한 제2시트(122) 및 제3시트(123) 중 적어도 어느 하나는 플레이크 처리되어 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있다. 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 모두 플레이크 처리되어 복수 개의 미세 조각으로 분리형성될 수 있고, 각각의 미세 조각들은 1㎛ ~ 7mm의 크기로 구비될 수 있으며 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다.
이는, 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)를 복수 개의 미세 조각으로 분리형성하여 유연성을 확보함으로써 사용과정이나 운반과정에서 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 깨지는 것을 방지함으로써 크랙 또는 분리시 발생될 수 있는 특성변화를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 전체적인 저항을 높여 와전류의 발생을 억제함으로써 충전효율을 높일 수 있도록 하기 위함이다.
특히, 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 취성이 강한 페라이트 시트로 이루어진 경우 복수 개의 미세 조각으로 분리하여 유연성을 확보하여 크랙이나 깨짐이 일어나는 것을 방지하거나 최소화하게 된다. 이로 인해, 크랙 및 깨짐으로 인한 최초 특성값의 변화를 방지함으로써 자기공진방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나(114b)의 충전효율이 크게 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 자기장 차폐시트(120)는 상기 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 플레이크 처리되어 복수 개의 조각으로 분리형성되는 경우 적어도 한 변이 직선이 아닌 만곡형상으로 이루어지는 미세조각을 포함할 수 있다(도 3 참조). 즉, 각각의 시트를 구성하는 미세조각들의 전체개수 중 적어도 한 변이 만곡형상으로 이루어지는 미세조각의 총 개수가 전체개수의 50% 이상의 비율일 수 있으며, 바람직하게는 70 %이상의 비율일 수 있다.
이는, 적어도 한 변이 직선이 아닌 만곡형상으로 이루어지는 미세조각이 소정의 비율로 포함되도록 시트를 구성함으로써 시트 자체의 유연성을 개선시킬 수 있도록 하기 위함이다.
이를 통해, 사용과정이나 운반과정 중에 상기 차폐시트(120)를 구성하는 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 외력에 의해 구부러지거나 휘어진다 하더라도 시트 자체의 유연성이 개선되어 각각의 미세조각들이 깨지거나 크랙이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 각각의 시트에 대한 최초 설계치의 특성(일례로, 투자율)을 항상 유지할 수 있게 된다.
한편, 각각의 시트를 구성하는 전체 미세조각의 총 개수에 대하여 적어도 한 변이 만곡형상으로 이루어지는 미세조각의 비율에 따른 유연성을 테스트한 결과는 아래의 표 1과 같다.
즉, 시트를 수평면에 대하여 30도 각도로 100회 구부렸을 때 보호필름(126)을 가압하여 돌출되는 미세조각의 평균개수가 10개 이상인 경우를 불량품, 10개 미만인 경우를 합격품으로 분류하였다.
시트를 수평면에 대하여 30도 각도로 100회 구부렸을 때 보호필름을 가압하여 돌출되는 미세조각의 평균개수
만곡형상 미세조각비율 30% 50% 70%
미세조각의 평균개수 20 9 3
불량여부 X O O
위의 표 2에서 확인할 수 있듯이, 시트를 구성하는 전체 미세조각의 총 개수에 대하여 적어도 한 변이 만곡형상으로 이루어지는 미세조각의 비율이 50% 미만인 경우 보호필름 측으로 돌출되는 미세조각의 총 개수가 10개 이상인 것을 확인할 수 있었으며, 50% 이상인 경우 보호필름 측으로 돌출되는 미세조각의 총 개수가 10개 미만으로 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
달리 말하면, 시트를 수평면에 대하여 30도 각도로 100회 구부렸을 때 보호필름을 가압하는 미세조각의 평균개수가 적다는 것은 시트 자체의 유연성이 개선되어 휘어짐이나 구부러짐에 의하여 미세조각이 파손될 가능성이 낮다는 것을 의미하므로, 시트 자체의 최초 특성치의 변화가 미미하다는 것을 의미하게 된다.
특히, 제1시트(121)를 둘러싸도록 배치되는 제2시트(122)와 상기 제1시트(121) 및 제2시트(122)를 동시에 덮도록 적층되는 제3시트(123)의 경우 외력에 의한 휘어짐이나 구부러짐이 제1시트(121)에 비하여 상대적으로 많이 발생하므로 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)는 각각의 시트를 구성하는 전체 미세조각의 총 개수에 대하여 적어도 한 변이 만곡형상으로 이루어지는 미세조각의 비율이 70% 이상이 되도록 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1시트(121), 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 플레이크 처리되어 복수 개의 미세 조각으로 분리형성되는 경우 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)를 구성하는 미세조각들의 평균입경은 상기 제1시트(121)를 구성하는 미세조각들의 평균입경보다 더 큰 크기를 갖도록 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)를 구성하는 미세 조각들의 평균입경은 상기 제1시트(121)를 구성하는 미세조각들의 평균입경에 비하여 1.2 ~ 2배의 크기를 갖도록 구비될 수 있다. 일례로, 상기 제1시트(121)를 구성하는 미세조각들의 평균입경은 1㎛ ~ 4mm일 수 있으며, 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)를 구성하는 미세조각들의 평균입경은 4mm ~ 6mm일 수 있다.
여기서, 평균입경은 레이저 회절식 입도분포계에 의해 측정된 체적 평균 지름을 말한다.
일례로, 상기 제1시트(121)가 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트로 구성되고 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)가 페라이트 시트로 구성되는 경우, 상기 제2시트(122) 및 제3시트(123)를 구성하는 페라이트 조각의 평균입경은 상기 제1시트(121)를 구성하는 리본조각의 평균입경보다 더 큰 크기를 갖도록 구비될 수 있다.
이는, 페라이트 조각의 크기가 너무 커지게 되면, 일례로 상기 제1시트(121)를 구성하는 리본조각의 평균입경보다 2배 이상의 크기를 갖게 되면 시트자체의 유연성이 저하되며, 상기 제1시트(121)를 구성하는 리본조각의 평균입경보다 페라이트 조각의 평균입경이 1.2배 이하의 크기를 갖게 되면 페라이트가 본래 가지는 기능을 충분히 발휘할 수 없기 때문이다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 자기장 차폐시트(120) 및 이를 포함하는 무선전력 수신모듈(100)은 휴대단말기와 같은 전자기기에 적용되는 경우 상기 휴대단말기의 백커버에 부착되는 형태로 구비될 수도 있고, 상기 휴대단말기가 일체형으로 구현되는 경우 상기 휴대단말기의 리어 케이스에 부착되는 형태로 내장될 수도 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 무선전력 수신모듈
110 : 안테나유닛 112 : 회로기판
114a : 제1무선충전 안테나 114b : 제2무선충전 안테나
114c : MST 안테나 114d : NFC 안테나
120 : 자기장 차폐시트 121 : 제1시트
122 : 제2시트 123 : 제3시트
121a : 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트
121b : 접착층 125 : 접착층
126 : 보호필름

Claims (18)

  1. 자기유도방식으로 작동하는 제1무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하기 위한 제1시트;
    상기 제1시트의 두께를 수용하기 위한 수용부가 구비되고 자기공진방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하기 위한 제2시트; 및
    상기 제1시트 및 제2시트를 동시에 덮도록 상기 제1시트 및 제2시트의 동일면 상에 적층되어 상기 제2무선충전 안테나에서 발생되는 자기장을 차폐하는 제3시트;를 포함하는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제3시트는 상기 제1시트 및 제2시트의 경계영역을 덮도록 배치되는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1시트는 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트이고, 상기 제2시트 및 제3시트는 페라이트 시트인 무선충전용 자기장 차폐시트.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1시트, 제2시트 및 제3시트 중 적어도 어느 하나는 플레이크 처리되어 다수 개의 미세조각으로 분리형성되는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다수 개의 미세조각은 적어도 한 변이 직선이 아닌 만곡형상으로 이루어지는 미세조각을 포함하는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 다수 개의 미세조각의 전체개수 중 적어도 한 변이 만곡형상으로 이루어진 미세조각의 개수가 50% 이상인 무선충전용 자기장 차폐시트.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제1시트 및 제2시트가 플레이크 처리되어 다수 개의 미세조각으로 구성되는 경우, 상기 제2시트를 구성하는 미세조각의 평균입경은 상기 제1시트를 구성하는 미세조각의 평균입경보다 더 큰 크기를 갖도록 형성되는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 다수 개의 미세조각은 비정형으로 이루어지는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 다수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  10. 제 3항에 있어서,
    상기 제1시트는 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 복수 개의 층으로 적층되어 구성되는 무선충전용 자기장 차폐시트.
  11. 제 3항에 있어서,
    상기 페라이트 시트는 Mn-Zn계 페라이트 또는 Ni-Zn계 페라이트로 이루어진 무선충전용 자기장 차폐시트.
  12. 자기유도 방식으로 작동하는 제1무선충전 안테나 및 자기공진 방식으로 작동하는 제2무선충전 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및
    상기 안테나유닛의 일면에 배치되고 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키는 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 무선충전용 자기장 차폐시트;를 포함하는 무선전력 수신모듈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 안테나유닛은 MST 안테나를 포함하고,
    상기 제1무선충전 안테나 및 MST 안테나는 상기 제1시트와 대응되는 위치에 배치되는 무선전력 수신모듈.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 안테나유닛은 NFC 안테나를 포함하고,
    상기 제2무선충전 안테나 및 NFC 안테나는 상기 제2시트와 대응되는 위치에 배치되는 무선전력 수신모듈.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 안테나유닛은 MST 안테나 및 NFC 안테나를 포함하고,
    상기 제1무선충전 안테나 및 MST 안테나는 상기 제1시트와 대응되는 위치에 배치되고,
    상기 제2무선충전 안테나 및 NFC 안테나는 상기 제2시트와 대응되는 위치에 배치되는 무선전력 수신모듈.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 안테나유닛 및 자기장 차폐시트의 두께를 합한 총 두께는 0.3mm ~ 0.4mm인 무선전력 수신모듈.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 제2시트 및 제3시트의 두께를 합한 두께는 0.2mm인 무선전력 수신모듈.
  18. 제 12항의 무선전력 수신모듈이 백커버 또는 리어케이스에 구비된 휴대 단말기.
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