(19) 대한민국특허청(KR) (12) 공개특허공보(A) (51) 국제특허분류(Int. Cl.) H05K 9/00 (2006.01) H04B 1/38 (2006.01) (21) 출원번호 10-2011-0134285 (22) 출원일자 2011년12월14일 심사청구일자 없음 기술이전 희망 : 기술양도, 실시권허여, 기술지도 전체 청구항 수 : 총 1 항 (54) 발명의 명칭 전자파 저감 장치 및 그 제조 방법 (11) 공개번호 10-2013-0067580 (43) 공개일자 2013년06월25일 (71) 출원인 한국전자통신연구원 대전광역시 유성구 가정로 218 (가정동) (72) 발명자 곽상일 대전광역시 유성구 송림로 13, 104동 1002호 (하 기동, 송림마을1단지아파트) (74) 대리인 제일특허법인 (57) 요 약 본 발명은 전자파 저감 장치 및 그 제조 기술에 관한 것으로, 노트북, 태블릿 기기와 스마트 패드 등과 같이 인 체와 밀접하게 사용하는 무선 기기에 있어서 주기 구조의 일종인 전자파 저지대와 무선 통신 단말기의 금속 차폐 구조 또는 안테나와 결합하여, 안테나의 방사패턴을 변화 시켜 전자파를 저감시키는 것을 특징으로 한다. 본 발 명에 의하면, 전자파 저지대 구조의 방사패턴 조절 기능을 사용하여 각종 노트북, 태블릿 컴퓨터 등과 같이 인체 근접에서 사용하는 무선 기기들의 전자파를 줄일 수 있다. 또한 기존 전자파 저감 기술과 같은 안테나의 성능 저 하 없이 인공 자기 도체의 특성을 통해 방사체의 방사 성능을 저하시키지 않으면서도 각종 기기에 부착하여 전자 파를 줄일 수 있다. 대 표 도 - 도1-1 -
이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 08921-01304 부처명 방송통신위원회 연구사업명 방송통신기술개발사업 연구과제명 안전한 전자파환경 조성 주관기관 한국전자통신연구원 연구기간 2008.01.01 ~ 2012.12.31-2 -
특허청구의 범위 청구항 1 금속 도체 접지면과, 상기 금속 도체 접지면 상에 유전체가 형성되고, 상기 유전체 상에 전자파 저지대 단위셀 패턴이 형성되는 전자파 저지대 구조와, 상기 전자파 저지대 구조를 주기 구조로 무선 통신 단말기 내에 배치하는 전자파 저감 장치. 명 세 서 [0001] 기 술 분 야 본 발명은 전자파 저감 기술에 관한 것으로서, 특히 노트북, 태블릿 컴퓨터, 스마트 패드 등의 무선 통신 단말 기에서 전자파 저지대와 같은 주기구조를 사용하여 무선 통신 기기에서 발생하는 전자파를 줄이는데 적합한 전 자파 저감 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. [0002] [0003] [0004] [0005] 배 경 기 술 최근 들어 스마트폰 열풍과 함께 터치스크린으로 사용자 명령을 입력하는 태블릿 컴퓨터 또는 스마트 패드 등과 같이 인체와 밀접하게 사용하는 통신 기기들의 사용이 증가하고 있다. 이러한 인체 밀접용 기기가 늘어남에 따라 기기에서 발생하는 전자기파가 인체에 미치는 영향에 대한 관심이 증 대 되고 있다. 현재 연구 결과에 따르면 이러한 기기로부터 발생하는 전자파가 인체에 미치는 영향에 대한 연관 성이 역학 연구뿐 아니라 동물 실험 등을 통해서 명확하게 밝혀지지는 않았으나, 2011년 5월 세계보건기구(WH O)산하 연구 기관인 국제 암 연구소(IARC)는 휴대 전화 사용과 뇌종양 발생 관련성에 대한 역학 조사를 근거로 휴대전화에서 발생하는 전자파를 암 유발 물질인 2B등급으로 분류하였다. 또한 뇌종양뿐만 아니라 백혈병, 두통, 시력저하, 남성 생식기능 파괴 등 각종 질병에 영향을 미칠 가능성이 있다고 보고되고 있는 실정이다. 따라서 이러한 통신기기에서 발생하는 전자파를 차단 혹은 줄여 인체에 미치는 악영향을 예방하기 위한 많은 연 구가 진행되고 있다. 특히 과거의 휴대폰과 같은 무선 단말기 등이 통화 시에만 인체에 밀착한 후, 사용하여 노출되는 시간이 짧았으 나, 최근 사용되는 태블릿 컴퓨터, 스마트 패드 등과 같이 통신 기능뿐만 아니라 무선 랜, 3G 데이터 및 4G LTE 서비스를 사용함으로써 인체와 밀접하여 사용하는 시간이 증가하게 되었다. 따라서 단기 노출뿐만 아니라 장기 간의 노출 및 다양한 서비스에서 발생하는 전자파에 대한 저감 기술의 개발이 요구되고 있다. 선행기술문헌 [0006] 특허문헌 (특허문헌 0001) 한국공개특허 제2003-0080757호 (2003.10.17. 공개) 발명의 내용 [0007] [0008] 해결하려는 과제 상기한 바와 같은 종래기술로는 전자파 흡수체를 사용하는 것과, 방사체의 구조적인 부정합을 이용하여 전자파 를 줄이는 방법 또는 전자파 저지대 (Electromagnetic Bandgap)를 사용한 방법 등이 있다. 전자파 저지대 기술은 유전체 등으로 이루어진 기판에 인공적으로 주기적인 금속 패턴을 구현하여 금속 본래의 전자기적 특성을 변화시키는 기술이다. 자연에 존재하지 않는 자기 도체 특성을 기존 금속 도체 상에 인위적으 - 3 -
로 구현했다고 하여 인공 자기 도체(AMC: Artificial Magnetic Conductor)라고도 하며, 높은 임피던스 표면을 가지므로 고 임피던스 표면(HIS: High Impedance Surface)이라고도 한다. [0009] [0010] [0011] [0012] 표면의 고 임피던스 특성으로 인해 특정 대역에서 밴드 갭을 발생시키고, 발생한 밴드 갭은 표면 전류의 감소로 인해 표면파(surface wave)의 발생을 억제하거나 고 임피던스 표면으로 인해 안테나 등의 방사체의 패턴을 변화 시킬 수 있다. 이러한 전자파 저지대를 사용하게 되면 방사체의 방사 패턴을 조절할 수 있으므로 인체 방향으로의 방사를 줄일 수 있어 전자파의 인체 흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)을 줄일 수 있다. 이러한 전자파 저지대를 방사 체와 적절하게 결합하거나 전자파 저지대를 기기의 특성에 따라 적절하게 배치하게 되면 스마트 패드와 같은 인 체 근접 사용기기에서 전자파를 효과적으로 줄일 수 있으나, 이에 대한 별다른 방안이 제시되지 못하였다. 이에 본 발명의 실시예는, 인체에 근접하여 사용하는 각종 기기들의 전자파를 줄일 수 있는 전자파 저감 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예는, 주기 구조의 전자파 저지대와 무선 통신 단말기의 금속 차폐 구조 또는 안테나를 결 합하여 인체 근접하여 사용하는 각종 기기에서 전자파를 줄일 수 있는 전자파 저감 장치 및 그 제조 방법을 제 공할 수 있다. [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] 과제의 해결 수단 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 저감 장치는, 금속 도체 접지면과, 상기 금속 도체 접지면 상에 유전체가 형성되고, 상기 유전체 상에 전자파 저지대 단위셀 패턴이 형성되는 전자파 저지대 구조와, 상기 전자파 저지대 구조를 주기 구조로 무선 통신 단말기 내에 배치할 수 있다. 그리고 상기 전자파 저지대 구조는, 커패시턴스와 인덕턱스를 결정하여 동작 주파수 대역을 설정할 수 있다. 그리고 상기 전자파 저지대 구조는, 유전체 내에 비아홀을 형성하여 인덕턴스를 제어할 수 있다. 그리고 상기 전자파 저지대 구조는, 금속으로 차폐된 무선 통신 단말기의 배터리 면, 안테나 주변 영역, 디스플 레이 화면의 주변 영역 및 상기 무선 통신 단말기의 케이스 영역 중 적어도 하나에 배치할 수 있다. 그리고 상기 전자파 저지대 구조는, 금속 도체 접지면과 일체형 구조(UC-EBG)인 것을 특징으로 할 수 있다. 그리고 상기 무선 통신 단말기는, 노트북, 스마트 패드, 스마트 폰 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 저감 장치 제조 방법은, 금속 도체 접지면을 형성하는 단계와, 상기 금속 도체 접지면 상에 PET 또는 우레탄으로 유전체 층을 형성하는 단계와, 상기 유전체 층 상에 복수의 단위셀 패턴 을 형성하여 전자파 저지대 구조를 형성하는 단계와, 상기 전자파 저지대 구조를 주기 구조로 무선 통신 단말기 내에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 전자파 저감 장치 제조 방법은, 상기 유전체 층 내에 인덕턴스 제어를 위한 비아홀을 형성하는 단 계를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 전자파 저지대 구조는, 금속으로 차폐된 무선 통신 단말기의 배터리 면, 안테나 주변 영역, 디스플 레이 화면의 주변 영역 및 상기 무선 통신 단말기의 케이스 영역 중 적어도 하나에 배치할 수 있다. 그리고 상기 전자파 저지대 구조는, 금속 도체 접지면과 일체형 구조(UC-EBG)인 것을 특징으로 할 수 있다. [0023] [0024] 발명의 효과 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 저감 장치 및 그 제조 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹 은 그 이상이 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전자파 저감 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 전자파 저지대 구조의 방사패턴 조절 기 능을 사용하여 각종 노트북, 태블릿 컴퓨터 등과 같이 인체 근접에서 사용하는 무선 기기들의 전자파를 줄일 수 있다. - 4 -
[0025] 또한 기존 전자파 저감 기술과 같은 안테나의 성능 저하 없이 인공 자기 도체의 특성을 통해 방사체의 방사 성 능을 저하시키지 않으면서도 각종 기기에 부착하여 전자파를 줄일 수 있는 효과가 있다. [0026] 도면의 간단한 설명 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 저지대 구조를 도시한 도면, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 저지대 구조의 공정에 따른 공정 순서도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 패드의 전자파 저지대 구조를 배치한 도면, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노트북에 전자파 저지대 구조를 배치한 도면, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태블릿 컴퓨터 및 노트북 주변 영역이 부착 방식을 도시한 도면. [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하 는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명 은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요 하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 본 발명의 실시예는, 노트북, 태블릿 기기와 스마트 패드 등과 같이 인체와 밀접하게 사용하는 무선 기기에 있 어서 주기 구조의 일종인 전자파 저지대와 통신 기기에서 금속 차폐 구조 또는 안테나와 결합하여, 안테나의 방 사패턴을 변화 시킴으로서 전자파를 저감시키는 것이다. 전자파 저지대가 안테나와 결합할 경우, 인체로 흡수되는 전자파는 줄어들 수 있으므로, 인체 근접에서 사용하 는 대표적인 무선 기기인 노트북 및 스마트 패드에서 전자파 저지대를 각 기기의 배터리 케이스 및 주변 공간에 배치하여 전자파를 줄일 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 저지대 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 전자파 저지 구조는 접지면(100)과, 유전체(110) 및 금속 단위셀(130) 등으로 구성할 수 있으 며, 유전체(110)를 관통하여 접지면(100) 및 금속 단위셀(130) 패턴 간에 비아홀(Via hole)(120)을 포함할 수 있다. 도 1의 (a)는 전자파 저지대 구조의 평면도로서, 유전체(110) 및 단위셀(130) 패턴 등을 포함할 수 있으며, 유 전체(110)는 PET, 스티로폼 또는 우레탄 등으로 형성될 수 있다. (b)는 (a)의 전자파 저지대 구조 평면도에서 a와 a' 사이를 절단한 단면도로서, 여기서 왼쪽 도면은 비아홀 (120)이 형성된 경우이며, 오른쪽 도면 비아홀(120)이 미형성된 경우이다. 비아홀(120)은 단위셀(130) 내에 형 성되는 인덕턴스(inductance)와 관계된 파라미터로서, 단위셀(130)의 동작 주파수 대역을 결정하는 변수가 될 수 있다. 그리고 (c)는 단위셀(130) 패턴 형상을 나타낸 것으로서, 삼각형, 사각형 또는 프랙털(fractal) 구조 등과 같은 다양한 모양이 될 수 있다. 이러한 전자파 저지대 구조는 비아홀(120), 유전체 기판(110)과 각 금속 단위셀이 결합하여 금속 단위셀의 크기, 간격, 유전체의 유전율 등이 커패시턴스(capacitance)와 인덕턴스를 결정하게 되 어 전자파 저지 구조의 저지 동작 주파수 대역을 결정할 수 있다. 사용하는 특성에 따라 비아홀(120)이 없는 전 자파 저지 구조가 있으며 있으며, (c)와 같이 접지면과 일체형인 UC-EBG(Uni-coplanar Electromagnetic bandgap) 구조도 있다. - 5 -
[0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] 단위셀(130) 패턴은 주기 구조로서 유전체(110) 상에서 복수의 개수를 형성하고, 각 패턴간 연결될 수 있다. 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 저지대 구조의 공정에 따른 공정 순서도이다. 도 2a를 참조하면, 금속도체 접지면(ground)(100)을 형성하고, 도 2b에 도시한 바와 같이 금속 도체 접지면 (100) 상에 소정의 두께를 갖는 유전체(110)를 형성한다. 그리고 유전체(110) 상에는 도 2c에 도시한 바와 같이 단위셀(130)을 형성하고, 형성된 단위셀(130)을 패터닝을 수행하여 도 2d에 도시한 바와 같이 단위셀(130) 패턴을 형성한다. 한편, 유전체(110) 내에 비아홀(120)을 형성하기 위해서는 도 2b에 도시한 바와 같이 유전체(110) 상에 포토레 지스트를 형성하고, 패터닝을 수행하며, 이를 통해 비아홀(120)을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 전자파 저지대 구조는 주기구조로서, 노트북, 스마트 패드(예컨대, 아이패드, 갤럭시탭 등) 및 스마트 폰(예컨대, 아이폰, 갤럭시S, 넥서스폰 등)과 같은 무선 통신 단말기 등에 결합시켜 전자파를 저감시 킬 수 있다. 하기에서는 각 무선 통신 단말기를 이용하여 전자파 저지대 구조의 활용 방식을 구체적으로 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 패드의 전자파 저지대 구조를 배치한 도면이다. 도 3을 참조하면, 스마트 패드(300)와 같은 태블릿 컴퓨터의 경우에는 배터리 공간이 대부분을 차지하게 되는데, 배터리는 주로 금속으로 차폐가 되어 있다. 이에 전자파 저지대 구조(330)를 금속으로 된 배터리 면에 전부 위치 시키거나, 필요에 따라 통신하기 위한 안테나(예컨대, PCS, WCDMA, WLAN등)(320)의 위치 주변에 배치 할 수 있다. 또한 접지면과 일체형 구조(UC-EBG)의 특성을 사용하여, 배터리 케이스(310) 자체에 패턴을 위치시켜 전자파 저 지대 구조(330)를 구현할 수 있고, 전체 혹은 필요한 부분만 위치시켜 전자파 저감 효과를 얻을 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노트북에 전자파 저지대 구조를 배치한 도면이다. 도 4를 참조하면, 일반적으로 노트북(400)에 실장하는 안테나의 경우에는 노트북(400)의 디스플레이 화면(예컨 대, LCD, LED 등) 주변에 배치할 수 있다. 이에 배터리와 마찬가지로 디스플레이 패널 뒷면에 주기 구조인 전자 파 저지대 구조(410)를 배치하게 되면 전자파 저감효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 3의 배터리 케이스(310)와 같은 구조로 디스플레이 패널 차폐 케이스에 전부 혹은 필요에 따라 부분적 으로 위치 시킬 수 있다. 만약 안테나가 디스플레이 주변이 아닌 키보드가 있는 부분에 위치하는 경우에는, 노 트북(400)의 배터리 케이스에 전자파 저지대 구조(410)를 위치 시킬 수도 있다. 한편, 도 5에 도시한 바와 같이 태블릿 컴퓨터(500)의 주변 영역(510)이나, 노트북 케이스(550)에 전자파 저지 대(560)를 부착시키는 경우에도 전자파 저감 효과를 얻을 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자파 저감 장치 및 그 제조 방법은, 노트북, 태블릿 기기와 스마트 패드 등과 같이 인체와 밀접하게 사용하는 무선 기기에 있어서 주기 구조의 일종인 전자파 저지대와 통 신 기기에서의 안테나와 결합하여, 안테나의 방사패턴을 변화 시켜 전자파를 저감시킬 수 있다. 한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으 며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. [0053] 부호의 설명 100: 접지면 110: 유전체 120: 비아홀 130: 단위셀 - 6 -
도면 도면1 도면2a - 7 -
도면2b 도면2c 도면2d - 8 -
도면3-9 -
도면4-10 -
도면5-11 -