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1. CN109643848 - Scanned antenna

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扫描天线


技术领域
本发明涉及扫描天线,特别是,涉及天线单元(有时也称为“振子天线”。)具有液晶电容的扫描天线(有时也称为“液晶阵列天线”。)及其制造方法。
背景技术
移动体通信、卫星广播用的天线需要改变波束的方向(被称为“波束扫描”或者“波束定向(beam steering)”。)的功能。作为具有这种功能的天线(以下称为“扫描天线(scanned antenna)”。),已知具备天线单元的相控阵列天线。但是,现有的相控阵列天线的价格高,这成为向消费品普及的障碍。特别是,当天线单元的数量增加时,成本会显著上升。
因此,已提出利用了液晶材料(包含向列液晶、高分子分散液晶)的大的介电各向异性(双折射率)的扫描天线(专利文献1~5及非专利文献1)。液晶材料的介电常数具有频散,因此在本说明书中将微波的频带中的介电常数(有时也称为“相对于微波的介电常数”。)特别标记为“介电常数M(ε M )”。
在专利文献3和非专利文献1中,记载了通过利用液晶显示装置(以下,称为“LCD”。)的技术能得到价格低的扫描天线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-116573号公报
专利文献2:日本特开2007-295044号公报
专利文献3:日本特表2009-538565号公报
专利文献4:日本特表2013-539949号公报
专利文献5:国际公开第2015/126550号非专利文献
非专利文献1:R.A.Stevenson et al.,“Rethinking Wireless Communications:Advanced Antenna Design using LCD Technology”,SID2015DIGEST,pp.827-830
非专利文献2:M.ANDO et al.,“A Radial Line Slot Antenna for 12GHz SatelliteTV Reception”,IEEE Transactions of Antennas and Propagation,Vol.AP-33,No.12,pp.1347-1353(1985).
发明内容
本发明所要解决的技术问题
如上所述,虽然已知通过应用LCD技术来实现价格低的扫描天线这样的想法,但是没有具体地记载了利用LCD技术的扫描天线的结构、其制造方法、以及其驱动方法的文献。
因此,本发明的目的在于提供能够利用现有的LCD的制造技术来进行批量生产的扫描天线及其制造方法。
为了解决问题的手段
本发明的某实施方式的扫描天线具有排列有多个天线单元的发送接收区域、和非发送接收区域,并具有:TFT基板,其具有第一电介质基板、由上述第一电介质基板支承的多个TFT、多个栅极总线、多个源极总线、以及多个贴片电极;缝隙基板,其具有第二电介质基板、和形成在上述第二电介质基板的第一主面上、与上述多个贴片电极对应配置且具有多个缝隙的缝隙电极;液晶层,其包含设置在上述TFT基板与上述缝隙基板之间的多个液晶区域;多个密封部,它们包围上述多个液晶区域的每一个,并将上述TFT基板与上述缝隙基板相互粘合;以及反射导电板,其以隔着电介质层与上述第二电介质基板的与上述第一主面相反一侧的第二主面对置的方式配置,上述多个天线单元的每一个包含上述多个液晶区域中的任一个。
在某实施方式中,上述多个液晶区域设置于上述多个天线单元的每一个。
在某实施方式中,包围上述多个液晶区域的每一个的上述多个密封部分别具有关于对应的天线单元所具有的缝隙的长轴线对称的平面形状。
从上述TFT基板及上述缝隙基板的法线方向观察时,若将贴片电极的宽度设为wp,将缝隙的宽度设为ws,将从贴片电极到密封部的距离设为dps,将从缝隙到密封部的距离设为dss,则优选满足dps>wp/5及dss>ws/5。
在某实施方式中,上述多个液晶区域中的至少一个液晶区域与上述多个天线单元内的相互邻接的两个以上的天线单元对应设置。
在某实施方式中,上述TFT基板及上述缝隙基板中的一方的基板还具有多个柱状间隔物。
在某实施方式中,上述多个柱状间隔物配置在上述多个液晶区域的外侧。
在某实施方式中,上述扫描天线还具有至少包围上述非发送接收区域的整体的外周密封部。
在某实施方式中,上述TFT基板及上述缝隙基板中的一方的基板在上述发送接收区域中,在比上述一方的基板所具有的上述多个贴片电极或上述缝隙电极靠上述液晶层侧,具有由树脂形成的突出层,上述突出层以与上述多个贴片电极及上述多个缝隙均不重叠的方式配置。上述突出层不仅设置于上述TFT基板及上述缝隙基板中的一方的基板,也可以设置于双方的基板。
从上述TFT基板及上述缝隙基板的法线方向观察时,若将贴片电极的宽度设为wp,将缝隙的宽度设为ws,将从贴片电极到突出层的距离设为dp,将从缝隙到突出层的距离设为ds,则优选满足dp>wp/10及ds>ws/10。
在某实施方式中,上述突出层的厚度为上述液晶层的最大厚度的20%以上且80%以下。上述突出层的厚度优选为上述液晶层的最大厚度的30%以上且70%以下。
在某实施方式中,上述突出层具有多个岛状突出部。即,上述突出层不需要是连续的树脂层,也可以包含离散配置的多个岛状部。
在某实施方式中,上述多个密封部中的至少一部分形成在上述突出层上。
在某实施方式中,上述一方的基板还具有多个柱状间隔物。
在某实施方式中,上述多个柱状间隔物形成在上述突出层上。
在某实施方式中,上述多个柱状间隔物由与上述突出层相同的树脂层形成。上述多个柱状间隔物可以与上述突出层分开形成,也可以与上述突出层一体地形成。无论哪种情况,均例如能够通过使用半色调掩模,并对感光性树脂层进行曝光/显影,而由相同的树脂层形成。感光性树脂可以是负型,也可以是正型。
在某实施方式中,上述多个柱状间隔物配置在上述多个液晶区域的外侧。上述多个柱状间隔物优选配置在上述多个液晶区域的外侧,但也可以配置在上述多个液晶区域内。
在某实施方式中,上述缝隙基板具有上述突出层。
在某实施方式中,上述扫描天线还具有覆盖上述突出层及上述柱状间隔物的取向膜。
发明效果
根据本发明的某实施方式,提供能够利用现有的LCD的制造技术来进行批量生产的扫描天线及其制造方法。
附图说明
图1是示意性地表示第一实施方式的扫描天线1000的局部的剖视图。
图2的(a)和(b)分别是表示扫描天线1000中的TFT基板101和缝隙基板201的示意性俯视图。
图3的(a)和(b)分别是示意性地表示TFT基板101的天线单元区域U的剖视图和俯视图。
图4的(a)~(c)分别是示意性地表示TFT基板101的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的剖视图。
图5是表示TFT基板101的制造工序的一个例子的图。
图6是示意性地表示缝隙基板201中的天线单元区域U和端子部IT的剖视图。
图7是用于说明TFT基板101和缝隙基板201中的传输部的示意性剖视图。
图8的(a)~(c)分别是表示第二实施方式的TFT基板102的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的剖视图。
图9是表示TFT基板102的制造工序的一个例子的图。
图10的(a)~(c)分别是表示第三实施方式的TFT基板103的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的剖视图。
图11是表示TFT基板103的制造工序的一个例子的图。
图12是用于说明TFT基板103和缝隙基板203中的传输部的示意性剖视图。
图13的(a)是具有加热用电阻膜68的TFT基板104的示意性俯视图,图13的(b)是用于说明缝隙57和贴片电极15的尺寸的示意性俯视图。
图14的(a)和(b)是表示电阻加热结构80a和80b的示意性结构和电流的分布的图。
图15的(a)~(c)是表示电阻加热结构80c~80e的示意性结构和电流的分布的图。
图16的(a)是具有加热用电阻膜68的液晶面板100Pa的示意性剖视图,图16的(b)是具有加热用电阻膜68的液晶面板100Pb的示意性剖视图。
图17是表示本发明的实施方式的扫描天线的一个天线单元的等效电路的图。
图18的(a)~(c)、(e)~(g)是表示在实施方式的扫描天线的驱动中使用的各信号的波形的例子的图,图18的(d)是表示进行点反转驱动的LCD面板的显示信号的波形的图。
图19的(a)~(e)是表示在实施方式的扫描天线的驱动中使用的各信号的波形的另一例的图。
图20的(a)~(e)是表示在实施方式的扫描天线的驱动中使用的各信号的波形的又一例的图。
图21是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100A的示意图,(a)表示剖视图,(b)表示俯视图。
图22是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100B的示意图,(a)表示剖视图,(b)表示俯视图。
图23的(a)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100C的示意性剖视图,(b)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100D的示意性剖视图。
图24的(a)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100E的示意性剖视图,(b)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100F的示意性剖视图。
图25的(a)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100G的示意性剖视图,(b)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100H的示意性剖视图。
图26的(a)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100I的示意性俯视图,(b)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100J的示意性俯视图。
图27的(a)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100K的示意性俯视图,(b)是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100L的示意性俯视图。
图28是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100M的示意性俯视图。
图29是本发明的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板100N的示意性俯视图。
图30的(a)是表示液晶面板100P1的独立密封部75p1与缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图,(b)是液晶面板100P1的示意性剖视图,(c)是表示液晶面板100Q1的独立密封部75q1与缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图。
图31的(a)是表示液晶面板100R1的独立密封部75r1与缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图,(b)是液晶面板100R1的示意性剖视图。
图32的(a)是表示液晶面板100P2的独立密封部75p2与突出层44p、缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图,(b)是液晶面板100P2的示意性剖视图,(c)是表示液晶面板100Q2的独立密封部75q2与突出层44q2、缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图。
图33是液晶面板100P3的示意性剖视图。
图34的(a)是表示液晶面板100R2的独立密封部75r2与突出层44r2、缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图,(b)是液晶面板100R2的示意性剖视图。
图35是液晶面板100R1a的示意性剖视图。
图36的(a)是表示现有的LCD900的结构的示意图,(b)是LCD面板900a的示意性剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的实施方式的扫描天线及其制造方法进行说明。在以下的说明中,首先,对公知的TFT型LCD(以下,称为“TFT-LCD”。)的结构和制造方法进行说明。不过,针对在LCD的技术领域中周知的事项,有时省略说明。关于TFT-LCD的基本技术,请参照例如Liquid Crystals,Applications and Uses,Vol.1-3(Editor:Birenda Bahadur,Publisher:World Scientific Pub Co Inc)等。为了参考,在本说明书中引用上述文献的全部公开内容。
参照图36的(a)和(b),对典型的透射型TFT-LCD(以下,简称为“LCD”。)900的结构和动作进行说明。这里,例示在液晶层的厚度方向上施加电压的纵向电场模式(例如,TN模式、垂直取向模式)的LCD900。对LCD的液晶电容施加的电压的帧频率(典型地为极性反转频率的2倍)例如在4倍速驱动下也为240Hz,作为LCD的液晶电容的电介质层的液晶层的介电常数ε与相对于微波(例如,卫星广播、Ku频带(12~18GHz)、K频带(18~26GHz)、Ka频带(26~40GHz))的介电常数M(ε M )不同。
如在图36的(a)中示意性地表示那样,透射型LCD900具备液晶显示面板900a、控制电路CNTL、背光源(未图示)以及电源电路(未图示)等。液晶显示面板900a包括:液晶显示单元LCC、和包含栅极驱动器GD和源极驱动器SD的驱动电路。驱动电路例如可以安装于液晶显示单元LCC的TFT基板910,驱动电路的一部分或者全部也可以与TFT基板910一体化(单片化)。
在图36的(b)中,示意性地示出LCD900所具有的液晶显示面板(以下,称为“LCD面板”。)900a的剖视图。LCD面板900a具有TFT基板910、对置基板920以及设置在它们之间的液晶层930。TFT基板910和对置基板920均具有玻璃基板等透明基板911、921。作为透明基板911、921,除了玻璃基板以外,有时也使用塑料基板。塑料基板例如由透明的树脂(例如聚酯)与玻璃纤维(例如无纺布)形成。
LCD面板900a的显示区域DR由排列成矩阵状的像素P构成。在显示区域DR的周边形成有无助于显示的边框区域FR。液晶材料以包围显示区域DR的方式形成的密封部(未图示)被密封在显示区域DR内。密封部例如通过使包含紫外线固化性树脂与间隔物(例如树脂珠或者硅胶珠)的密封材料固化而形成,将TFT基板910与对置基板920相互粘合、固定。密封材料中的间隔物将TFT基板910与对置基板920之间的间隙、即液晶层930的厚度控制为恒定。为了抑制液晶层930的厚度的面内不均,在显示区域DR内的被遮光的部分(例如布线上)使用紫外线固化性树脂来形成柱状间隔物。近年来,如在液晶电视、智能电话用的LCD面板中可以看到的那样,无助于显示的边框区域FR的宽度变得非常窄。
在TFT基板910中,在透明基板911上形成有TFT912、栅极总线(扫描线)GL、源极总线(显示信号线)SL、像素电极914、辅助电容电极(未图示)、以及CS总线(辅助电容线)(未图示)。CS总线与栅极总线平行设置。或者,有时也将下一栅极总线作为CS总线使用(CS导通栅极结构)。
像像素电极914由控制液晶的取向的取向膜(例如聚酰亚胺膜)覆盖。取向膜以与液晶层930接触的方式设置。TFT基板910多配置于背光源侧(与观察者相反的一侧)。
对置基板920多配置在液晶层930的观察者侧。对置基板920在透明基板921上具有彩色滤光片层(未图示)、对置电极924、以及取向膜(未图示)。对置电极924与构成显示区域DR的多个像素P共用地设置,因此也被称为共用电极。彩色滤光片层包括按每一像素P设置的彩色滤光片(例如,红滤光片、绿滤光片、蓝滤光片)、和用于遮挡显示所不需要的光的黑矩阵(遮光层)。黑矩阵例如以对显示区域DR内的像素P之间、以及边框区域FR进行遮光的方式配置。
TFT基板910的像素电极914、对置基板920的对置电极924、以及它们之间的液晶层930构成液晶电容Clc。各个液晶电容与像素对应。为了保持施加给液晶电容Clc的电压(为了提高所谓的电压保持率),形成有与液晶电容Clc电并联连接的辅助电容CS。辅助电容CS典型地由与像素电极914设为相同电位的电极、无机绝缘层(例如栅极绝缘层(SiO 2 层))、以及连接到CS总线的辅助电容电极构成。从CS总线典型地供应与对置电极924相同的共用电压。
作为施加给液晶电容Clc的电压(有效电压)降低的主要原因,有(1)基于作为液晶电容Clc的电容值C Clc 与电阻值R的乘积的CR时间常数的原因、(2)由液晶材料中包含的离子性杂质导致的界面极化、和/或、液晶分子的取向极化等。其中,液晶电容Clc的CR时间常数带来的影响较大,通过设置电并联连接到液晶电容Clc的辅助电容CS,能够增大CR时间常数。此外,作为液晶电容Clc的电介质层的液晶层930的体积电阻率在通用的向列液晶材料的情况下,超过1012Ω·cm的量级。
供给至像素电极914的显示信号是在通过从栅极驱动器GD供给至栅极总线GL的扫描信号选择出的TFT912变成导通状态时,供给至连接到该TFT912的源极总线SL的显示信号。因此,连接到某栅极总线GL的TFT912同时变成导通状态,此时,从连接到该行的像素P各自的TFT912的源极总线SL供给对应的显示信号。从第一行(例如显示面的最上行)至第m行(例如显示面的最下行)依次进行该动作,由此将一个图像(帧)写入并显示于由m行的像素行构成的显示区域DR。当像素P按m行n列排列成矩阵状时,与各像素列对应地设置至少一根源极总线SL,合计设置至少n根源极总线SL。
这种扫描被称为行顺序扫描,将一个像素行被选择、到下一行被选择为止的时间称为水平扫描期间(1H),将某行被选择、到该行再次被选择为止的时间称为垂直扫描期间(1V)或者帧。此外,一般来说,1V(或者1帧)为对选择全部m个像素行的期间m·H加上消隐期间而得到的期间。
例如,输入视频信号为NTSC信号的情况下,现有的LCD面板的1V(=1帧)是1/60sec(16.7msec)。NTSC信号是隔行信号,帧频率为30Hz,场频率为60Hz,但在LCD面板中需要在各场对全部像素供给显示信号,因此以1V=(1/60)sec驱动(60Hz驱动)。此外,近年来,为了改善动态图像显示特性,也有被以2倍速驱动(120Hz驱动、1V=(1/120)sec)驱动的LCD面板、还有为了3D显示而被以4倍速(240Hz驱动、1V=(1/240)sec)驱动的LCD面板。
当施加给液晶层930直流电压时,有效电压降低,像素P的亮度降低。对于该有效电压的降低,有上述的界面极化和/或取向极化的影响,因此即使设置辅助电容CS也难以完全防止。例如,当将与某中间灰度级对应的显示信号按每一帧写入全部像素时,亮度会按每一帧变动,而被观察为闪烁。另外,当对液晶层930长时间施加直流电压时,有时会引起液晶材料的电解。另外,也有时杂质离子偏析于单侧的电极,而无法对液晶层施加有效的电压,液晶分子无法移动。为了防止这些情况,LCD面板900a被所谓的交流驱动。典型地,进行使显示信号的极性按每一帧(每一垂直扫描期间)反转的帧反转驱动。例如,在现有的LCD面板中,按每1/60sec进行极性反转(极性反转的周期为30Hz)。
另外,为了在1帧内也使施加的电压的极性不同的像素均匀地分布,进行点反转驱动或者线反转驱动等。其原因是,由于正极性与负极性,难以使施加给液晶层的有效电压的大小完全地一致。例如液晶材料的体积电阻率超过1012Ω·cm的量级时,若按每1/60sec进行点反转或者线反转驱动,则几乎不会看到闪烁。
栅极驱动器GD和源极驱动器SD基于从控制电路CNTL向栅极驱动器GD和源极驱动器SD供给的信号将LCD面板900a的扫描信号和显示信号分别供给至栅极总线GL和源极总线SL。例如,栅极驱动器GD和源极驱动器SD分别连接到设置于TFT基板910的对应的端子。栅极驱动器GD和源极驱动器SD例如有时作为驱动器IC安装于TFT基板910的边框区域FR,有时以单片形成于TFT基板910的边框区域FR。
对置基板920的对置电极924借助被称为传输(转移)的导电部(未图示)电连接到TFT基板910的端子(未图示)。传输是例如通过以与密封部重叠的方式或者对密封部的一部分赋予导电性而形成的。这是为了缩窄边框区域FR。从控制电路CNTL向对置电极924直接或者间接地供给共用电压。典型地,共用电压如上述那样也被供给至CS总线。
[扫描天线的基本结构]
使用了利用液晶材料的大的介电常数M(ε M )的各向异性(双折射率)的天线单元的扫描天线对施加于与LCD面板的像素建立对应关系的天线单元的各液晶层的电压进行控制,使各天线单元的液晶层的有效的介电常数M(ε M )变化,由此以静电电容不同的天线单元形成二维图案(与基于LCD的图像的显示对应。)。对从天线射出或者由天线接收的电磁波(例如微波)赋予与各天线单元的静电电容相应的相位差,与通过静电电容不同的天线单元形成的二维图案相应地,在特定的方向上具有强指向性(波束扫描)。例如,从天线射出的电磁波是通过考虑由各天线单元赋予的相位差而对输入电磁波射入到各天线单元并在各天线单元散射后得到的球面波进行积分而得到的。也能认为各天线单元作为“移相器:phaseshifter”发挥功能。关于使用液晶材料的扫描天线的基本结构和动作原理,请参照专利文献1~4及非专利文献1、2。非专利文献2公开了排列有螺旋状的缝隙的扫描天线的基本结构。为了参考,在本说明书中引用专利文献1~4和非专利文献1、2的全部公开内容。
此外,本发明的实施方式的扫描天线中的天线单元虽然与LCD面板的像素类似,但是与LCD面板的像素的结构不同,且多个天线单元的排列也与LCD面板的像素的排列不同。参照示出后面详细说明的第一实施方式的扫描天线1000的图1,来说明本发明的实施方式的扫描天线的基本结构。扫描天线1000是缝隙排列成同心圆状的径向线缝隙天线,但本发明的实施方式的扫描天线不限于此,例如缝隙的排列也可以是公知的各种排列。特备是,关于缝隙和/或天线单元的排列,为了参考将专利文献5的全部公开内容引用到本说明书中。
图1是示意性地表示本实施方式的扫描天线1000的一部分的剖视图,示意性地表示从设置于排列成同心圆状的缝隙的中心近旁的供电销72(参照图2的(b))沿着半径方向的截面的一部分。
扫描天线1000具备TFT基板101、缝隙基板201、配置在它们之间的液晶层LC、以及以隔着空气层54与缝隙基板201对置的方式配置的反射导电板65。扫描天线1000从TFT基板101侧发送、接收微波。
TFT基板101具有玻璃基板等电介质基板1、形成在电介质基板1上的多个贴片电极15、以及多个TFT10。各贴片电极15连接到对应的TFT10。各TFT10连接到栅极总线与源极总线。
缝隙基板201具有玻璃基板等电介质基板51、和形成在电介质基板51的液晶层LC侧的缝隙电极55。缝隙电极55具有多个缝隙57。
反射导电板65配置成隔着空气层54与缝隙基板201对置。能够使用由相对于微波的介电常数M小的电介质(例如PTFE等氟系树脂)形成的层来代替空气层54。缝隙电极55、反射导电板65、它们之间的电介质基板51以及空气层54作为波导路径301发挥功能。
贴片电极15、包含缝隙57的缝隙电极55的局部、以及它们之间的液晶层LC构成天线单元U。在各天线单元U中,一个贴片电极15隔着液晶层LC与包含一个缝隙57的缝隙电极55的局部相对,构成液晶电容。贴片电极15与缝隙电极55隔着液晶层LC对置的结构与图36所示的LCD面板900a的像素电极914与对置电极924隔着液晶层930对置的结构类似。即,扫描天线1000的天线单元U与LCD面板900a的像素P具有类似的构成。另外,天线单元在具有与液晶电容电并联连接的辅助电容(参照图13的(a)、图17)方面也具有与LCD面板900a的像素P相似的构成。但是,扫描天线1000与LCD面板900a具有许多不同点。
首先,扫描天线1000的电介质基板1、51所要求的性能不同于LCD面板的基板所要求的性能。
一般地,在LCD面板中使用在可见光下透明的基板,例如使用玻璃基板或者塑料基板。在反射型的LCD面板中,对于背面侧的基板不需要有透明性,因此有时也使用半导体基板。而作为天线用的电介质基板1、51,优选相对于微波的介电损耗(将相对于微波的介电损耗角正切表示为tanδ M 。)小。优选电介质基板1、51的tanδ M 为大致0.03以下,进一步优选为0.01以下。具体地,能够使用玻璃基板或者塑料基板。玻璃基板与塑料基板相比尺寸稳定性、耐热性优异,适于使用LCD技术形成TFT、布线、电极等电路要素。例如,在形成波导路径的材料是空气与玻璃的情况下,玻璃的上述介电损耗较大,因此从较薄的玻璃更能减小波导损耗这一观点出发,优选是400μm以下,进一步优选是300μm以下。没有特别的下限,只要在制造工艺中能无破损地进行处理即可。
电极所使用的导电材料也是不同的。在LCD面板的像素电极、对置电极中多使用ITO膜作为透明导电膜。但是,ITO相对于微波的tanδ M 大,无法作为天线中的导电层使用。缝隙电极55与反射导电板65一起作为波导路径301的壁发挥功能。因而,为了抑制微波透射过波导路径301的壁,优选波导路径301的壁的厚度、即金属层(Cu层或者Al层)的厚度大。已知金属层的厚度若是趋肤深度的3倍,则电磁波衰减为1/20(-26dB),若是5倍,则衰减为1/150(-43dB)左右。因而,若金属层的厚度是趋肤深度的5倍,则能将电磁波的透射率降低为1%。例如,当针对10GHz的微波使用厚度为3.3μm以上的Cu层、及厚度为4.0μm以上的Al层时,能将微波降低到1/150。另外,当针对30GHz的微波使用厚度为1.9μm以上的Cu层、及厚度为2.3μm以上的Al层时,能将微波降低到1/150。像这样,优选缝隙电极55由比较厚的Cu层或者Al层形成。Cu层或者Al层的厚度没有特别的上限,可以考虑成膜时间或成本而适当地设定。当使用Cu层时,能得到与使用Al层相比形成为较薄的优点。不仅能采用在LCD的制造工艺中使用的薄膜沉积法,还能采用将Cu箔或者Al箔粘贴于基板等其他方法来形成比较厚的Cu层或者Al层。金属层的厚度例如是2μm以上且30μm以下。在使用薄膜沉积法形成的情况下,优选金属层的厚度是5μm以下。此外,反射导电板65例如能使用厚度是数mm的铝板、铜板等。
贴片电极15并不是如缝隙电极55那样构成波导路径301,因此能使用与缝隙电极55相比厚度较小的Cu层或者Al层。但是,为了避免缝隙电极55的缝隙57附近的自由电子的振动诱发贴片电极15内的自由电子的振动时转化为热的损耗,而优选贴片电极15的片电阻低。从批量生产性的观点出发,与Cu层相比优选使用Al层,优选Al层的厚度例如是0.3μm以上且2μm以下。
另外,天线单元U的排列间距与像素间距大为不同。例如,当考虑12GHz(Ku频带)的微波用的天线时,波长λ例如是25mm。这样,如专利文献4所记载的那样,天线单元U的间距是λ/4以下和/或λ/5以下,因此成为6.25mm以下和/或5mm以下。这比LCD面板的像素的间距大10倍以上。因而,天线单元U的长度和宽度也会比LCD面板的像素长度和宽度大约10倍。
当然,天线单元U的排列可与LCD面板的像素的排列不同。这里,示出排列成同心圆状的例子(例如参照日本特开2002-217640号公报),但不限于此,例如,也可以如非专利文献2所记载的那样排列成螺旋状。进一步,也可以如专利文献4所记载的那样排列成矩阵状。
扫描天线1000的液晶层LC的液晶材料所要求的特性与LCD面板的液晶材料所要求的特性不同。LCD面板通过像素的液晶层的折射率变化而对可见光(波长为380nm~830nm)的偏振光赋予相位差,从而使偏振光状态变化(例如使直线偏振光的偏振轴方向旋转、或者使圆偏振光的圆偏振度变化),由此进行显示。而实施方式的扫描天线1000通过使天线单元U所具有的液晶电容的静电电容值变化,而使被从各贴片电极激振(再辐射)的微波的相位变化。因而,优选液晶层相对于微波的介电常数M(ε M )的各向异性(Δε M )大,优选tanδ M 小。例如能够适宜使用M.Wittek et al.,SID 2015DIGESTpp.824-826中记载的Δε M 为4以上、tanδ M 为0.02以下(均为19Gz的值)。除此之外,能使用在九鬼、高分子55卷8月号pp.599-602(2006)中记载的Δε M 为0.4以上、tanδ M 为0.04以下的液晶材料。
一般地,液晶材料的介电常数具有频散,但相对于微波的介电各向异性Δε M 与相对于可见光的折射率各向异性Δn存在正相关关系。因而可以说,就相对于微波的天线单元用的液晶材料而言,优选是相对于可见光的折射率各向异性Δn大的材料。LCD用的液晶材料的折射率各向异性Δn是用相对于550nm的光的折射率各向异性来评价的。当这里也将相对于550nm的光的Δn(双折射率)用作指标时,对针对微波的天线单元用使用Δn为0.3以上、优选为0.4以上的向列液晶。Δn没有特别的上限。不过,Δn大的液晶材料存在极性强的倾向,因此有可能使可靠性降低。从可靠性的观点出发,优选Δn是0.4以下。液晶层的厚度例如是1μm~500μm。
以下,更详细地说明本发明的实施方式的扫描天线的结构和制造方法。
(第一实施方式)
首先,参照图1和图2。图1如详述那样是扫描天线1000的中心附近的示意性局部剖视图,图2的(a)和(b)分别是表示扫描天线1000中的TFT基板101和缝隙基板201的示意性俯视图。
扫描天线1000具有按二维排列的多个天线单元U,这里例示的扫描天线1000中,多个天线单元排列成同心圆状。在以下的说明中,将与天线单元U对应的TFT基板101的区域和缝隙基板201的区域称为“天线单元区域”,标注与天线单相位同的附图标记U。另外,如图2的(a)和图2的(b)所示,在TFT基板101和缝隙基板201中,将由按二维排列的多个天线单元区域划定的区域称为“发送接收区域R1”、将发送接收区域R1以外的区域称为“非发送接收区域R2”。在非发送接收区域R2设置端子部、驱动电路等。
图2的(a)是表示扫描天线1000中的TFT基板101的示意性俯视图。
在图示的例子中,从TFT基板101的法线方向观看时,发送接收区域R1是环状。非发送接收区域R2包括位于发送接收区域R1的中心部的第一非发送接收区域R2a、和位于发送接收区域R1的周缘部的第二非发送接收区域R2b。发送接收区域R1的外径例如是200mm~1500mm,是根据通信量等而设定的。
在TFT基板101的发送接收区域R1设有由电介质基板1支承的多个栅极总线GL和多个源极总线SL,利用这些布线来规定天线单元区域U。天线单元区域U在发送接收区域R1例如排列成同心圆状。天线单元区域U分别包括TFT、和电连接到TFT的贴片电极。TFT的源极电极电连接到源极总线SL,TFT的栅极电极电连接到栅极总线GL。另外,TFT的漏极电极与贴片电极电连接。
在非发送接收区域R2(R2a、R2b),以包围发送接收区域R1的方式配置有密封区域Rs。对密封区域Rs赋予密封材料(未图示)。密封材料使TFT基板101和缝隙基板201相互粘合,并且在上述基板101、201之间封入液晶。
在非发送接收区域R2中的密封区域Rs的外侧设置有栅极端子部GT、栅极驱动器GD、源极端子部ST以及源极驱动器SD。栅极总线GL分别借助栅极端子部GT连接到栅极驱动器GD。源极总线SL分别借助源极端子部ST连接到源极驱动器SD。此外,在该例中,源极驱动器SD和栅极驱动器GD形成在电介质基板1上,但上述驱动器中的一方或者双方也可以设置其他电介质基板上。
在非发送接收区域R2,还设置有多个传输端子部PT。传输端子部PT与缝隙基板201的缝隙电极55(图2的(b))电连接。在本说明书中,将传输端子部PT与缝隙电极55的连接部称为“传输部”。如图所示,传输端子部PT(传输部)可以配置在密封区域Rs内。在该情况下,可以使用含有导电性颗粒的树脂作为密封材料。由此,能使液晶封入TFT基板101与缝隙基板201之间,并且能确保传输端子部PT与缝隙基板201的缝隙电极55的电连接。在该例中,在第一非发送接收区域R2a和第二非发送接收区域R2b双方均配置有传输端子部PT,但也可以仅配置于任意一方。
此外,传输端子部PT(传输部)也可以不配置在密封区域Rs内。例如也可以配置在非发送接收区域R2中的密封区域Rs的外侧。
图2的(b)是例示扫描天线1000中的缝隙基板201的示意性俯视图,示出缝隙基板201的液晶层LC侧的表面。
在缝隙基板201中,在电介质基板51上,跨发送接收区域R1和非发送接收区域R2地形成有缝隙电极55。
在缝隙基板201的发送接收区域R1中,多个缝隙57配置于缝隙电极55。缝隙57与TFT基板101中的天线单元区域U对应配置。在图示的例子中,多个缝隙57为了构成径向线缝隙天线,而将在相互大致正交的方向上延伸的一对缝隙57排列成同心圆状。由于具有相互大致正交的缝隙,因此扫描天线1000能发送、接收圆偏振波。
缝隙电极55的端子部IT在非发送接收区域R2设置有多个。端子部IT与TFT基板101的传输端子部PT(图2的(a))电连接。在该例中,端子部IT配置在密封区域Rs内,通过含有导电性颗粒的密封材料与对应的传输端子部PT电连接。
另外,在第一非发送接收区域R2a中,供电销72配置在缝隙基板201的背面侧。微波通过供电销72进入由缝隙电极55、反射导电板65以及电介质基板51构成的波导路径301。供电销72连接到供电装置70。从排列有缝隙57的同心圆的中心进行供电。供电的方式可以是直接连结供电方式和电磁耦合方式中的任意一种,能采用公知的供电结构。
在图2的(a)和(b)中,示出了密封区域Rs以包围包含发送接收区域R1的比较窄的区域的方式设置的例子,但并不限于此。特别是,设置在发送接收区域R1的外侧的密封区域Rs也可以以保持距发送接收区域R1一定以上的距离的方式例如设置在电介质基板1和/或电介质基板51的近旁。当然,设置在非发送接收区域R2的例如端子部、驱动电路也可以形成在密封区域Rs的外侧(即,不存在液晶层的一侧)。通过在距发送接收区域R1一定以上距离的位置形成密封区域Rs,能够抑制受到密封材料(特别是,固化性树脂)所包含的杂质(特别是离子性杂质)的影响而使天线特性降低。
以下,参照附图更详细地说明扫描天线1000的各构成要素。
<TFT基板101的结构>
·天线单元区域U
图3的(a)和(b)分别是示意性地表示TFT基板101的天线单元区域U的剖视图和俯视图。
天线单元区域U分别具备:电介质基板(未图示);TFT10,其由电介质基板支承;第一绝缘层11,其覆盖TFT10;贴片电极15,其形成在第一绝缘层11上,并电连接到TFT10;以及第二绝缘层17,其覆盖贴片电极15。TFT10例如配置在栅极总线GL与源极总线SL的交点近旁。
TFT10具备栅极电极3、岛状的半导体层5、配置在栅极电极3与半导体层5之间的栅极绝缘层4、源极电极7S以及漏极电极7D。TFT10的结构没有特别地限定。在该例中,TFT10是具有底栅结构的沟道蚀刻型TFT。
栅极电极3电连接到栅极总线GL,并从栅极总线GL供给扫描信号。源极电极7S电连接到源极总线SL,并从源极总线SL供给数据信号。栅极电极3和栅极总线GL可以由相同的导电膜(栅极用导电膜)形成。源极电极7S、漏极电极7D以及源极总线SL也可以由相同的导电膜(源极用导电膜)形成。栅极用导电膜和源极用导电膜例如是金属膜。在本说明书中,有时将使用栅极用导电膜形成的层(layer)称为“栅极金属层”,将使用源极用导电膜形成的层称为“源极金属层”。
半导体层5以隔着栅极绝缘层4与栅极电极3重叠的方式配置。在图示的例子中,在半导体层5上形成有源极接触层6S和漏极接触层6D。源极接触层6S和漏极接触层6D分别配置在半导体层5中的形成沟道的区域(沟道区域)的两侧。半导体层5是本征非晶硅(i-a-Si)层,源极接触层6S和漏极接触层6D是n+型非晶硅(n+-a-Si)层。
源极电极7S以与源极接触层6S接触的方式设置,并借助源极接触层6S连接到半导体层5。漏极电极7D以与漏极接触层6D接触的方式设置,并借助漏极接触层6D连接到半导体层5。
第一绝缘层11具有到达TFT10的漏极电极7D的接触孔CH1。
贴片电极15设置在第一绝缘层11上和接触孔CH1内,在接触孔CH1内与漏极电极7D接触。贴片电极15包含金属层。贴片电极15可以是仅由金属层形成的金属电极。贴片电极15的材料可以与源极电极7S及漏极电极7D相同。不过,贴片电极15中的金属层的厚度(在贴片电极15为金属电极的情况下是贴片电极15的厚度)设定为比源极电极7S及漏极电极7D的厚度大。贴片电极15中的金属层的厚度在由Al层形成的情况下,例如设定为0.3μm以上。
可以使用与栅极总线GL相同的导电膜,来设置CS总线CL。CS总线CL也可以以隔着栅极绝缘层4与漏极电极(或者漏极电极的延长部分)7D重叠的方式配置,构成将栅极绝缘层4作为电介质层的辅助电容CS。
也可以在比栅极总线GL靠电介质基板侧,形成有对准标记(例如金属层)21、和覆盖对准标记21的基底绝缘膜2。关于对准标记21,在由一张玻璃基板例如制作m张TFT基板的情况下,若光掩模的个数为n个(n<m),则需要将各曝光工序分为多次而进行。这样,在光掩模的个数(n个)比由一张玻璃基板1制作的TFT基板101的张数(m张)少时,用于光掩模的对准。对准标记21能省略。
在本实施方式中,在与源极金属层不同的层内形成贴片电极15。由此,能得到如下优点。
源极金属层因为通常使用金属膜来形成,所以也考虑在源极金属层内形成贴片电极。但是,优选贴片电极是不阻碍电子的振动程度的低电阻,例如由厚度为0.3μm以上的比较厚的Al层形成。从天线性能的观点来看,优选贴片电极较厚。但是,也取决于TFT的结构,例如若由源极金属层形成具有超过1μm的厚度的贴片电极,则会产生得不到所希望的图案化精度的问题。例如,会产生无法以高的精度控制源极电极与漏极电极之间的间隙(相当于TFT的沟道长度)的问题。而在本实施方式中,与源极金属层分开地形成贴片电极15,因此能独立地控制源极金属层的厚度与贴片电极15的厚度。因而,能够确保形成源极金属层时的控制性,且能够形成所希望的厚度的贴片电极15。
在本实施方式中,能与源极金属层的厚度分开地以高自由度设定贴片电极15的厚度。此外,贴片电极15的尺寸无需如源极总线SL等那样被严格地控制,因此即使由于增厚贴片电极15而致使线宽度变动(与设计值的偏差)变大也不要紧。此外,并不排除贴片电极15的厚度与源极金属层的厚度相等的情况。
贴片电极15可以包含Cu层或者Al层作为主层。扫描天线的性能与贴片电极15的电阻有关,主层的厚度以能得到所希望的电阻的方式设置。从电阻的观点来看,Cu层与Al层相比,更有可能减小贴片电极15的厚度。
·栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT
图4的(a)~(c)分别是示意性表示栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的剖视图。
栅极端子部GT具备形成在电介质基板上的栅极总线GL、覆盖栅极总线GL的绝缘层、以及栅极端子用上部连接部19g。栅极端子用上部连接部19g在形成于绝缘层的接触孔CH2内与栅极总线GL接触。在该例中,覆盖栅极总线GL的绝缘层从电介质基板侧起包含栅极绝缘层4、第一绝缘层11以及第二绝缘层17。栅极端子用上部连接部19g例如是由设置在第二绝缘层17上的透明导电膜形成的透明电极。
源极端子部ST具备形成在电介质基板上(这里为栅极绝缘层4上)的源极总线SL、覆盖源极总线SL的绝缘层、以及源极端子用上部连接部19s。源极端子用上部连接部19s在形成于绝缘层的接触孔CH3内与源极总线SL接触。在该例中,覆盖源极总线SL的绝缘层包含第一绝缘层11和第二绝缘层17。源极端子用上部连接部19s例如是由设置在第二绝缘层17上的透明导电膜形成的透明电极。
传输端子部PT具有形成在第一绝缘层11上的贴片连接部15p、覆盖贴片连接部15p的第二绝缘层17、以及传输端子用上部连接部19p。传输端子用上部连接部19p在形成于第二绝缘层17的接触孔CH4内与贴片连接部15p接触。贴片连接部15p由与贴片电极15相同的导电膜形成。传输端子用上部连接部(也称为上部透明电极。)19p例如是由设置在第二绝缘层17上的透明导电膜形成的透明电极。在本实施方式中,各端子部的上部连接部19g、19s及19p由相同的透明导电膜形成。
在本实施方式中,有如下优点:能通过在形成第二绝缘层17之后的蚀刻工序,同时形成各端子部的接触孔CH2、CH3、CH4。后述详细的制造工艺。
<TFT基板101的制造方法>
TFT基板101例如能用以下的方法来制造。图5是例示TFT基板101的制造工序的图。
首先,在电介质基板上形成金属膜(例如Ti膜),并对其进行图案化,从而形成对准标记21。作为电介质基板,例如能使用玻璃基板、具有耐热性的塑料基板(树脂基板)等。接着,以覆盖对准标记21的方式形成基底绝缘膜2。例如使用SiO 2 膜作为基底绝缘膜2。
接下来,在基底绝缘膜2上形成包含栅极电极3和栅极总线GL的栅极金属层。
栅极电极3能与栅极总线GL一体地形成。这里,在电介质基板上通过溅射法等形成未图示的栅极用导电膜(厚度:例如为50nm以上且500nm以下)。接着,通过对栅极用导电膜进行图案化,得到栅极电极3和栅极总线GL。栅极用导电膜的材料没有特别地限定。能适当地使用包含铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)等金属或其合金、或者其金属氮化物的膜。这里,形成依次层叠MoN(厚度:例如为50nm)、Al(厚度:例如为200nm)以及MoN(厚度:例如为50nm)而成的层叠膜作为栅极用导电膜。
接着,以覆盖栅极金属层的方式形成栅极绝缘层4。栅极绝缘层4能通过CVD法等形成。能适当地使用氧化硅(SiO 2 )层、氮化硅(SiNx)层、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)层、氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)层等作为栅极绝缘层4。也可以是栅极绝缘层4具有层叠结构。这里,形成SiNx层(厚度:例如为410nm)作为栅极绝缘层4。
接着,在栅极绝缘层4上形成半导体层5和接触层。这里,依次形成本征非晶硅膜(厚度:例如为125nm)和n+型非晶硅膜(厚度:例如为65nm),并进行图案化,由此得到岛状的半导体层5和接触层。用于半导体层5的半导体膜并不限于非晶硅膜。例如,也可以形成氧化物半导体层作为半导体层5。在该情况下,也可以不在半导体层5与源极/漏极电极之间设置接触层。
接着,在栅极绝缘层4上和接触层上形成源极用导电膜(厚度:例如为50nm以上且500nm以下),并对其进行图案化,从而形成包含源极电极7S、漏极电极7D及源极总线SL的源极金属层。此时,接触层也被蚀刻,形成相互分离的源极接触层6S与漏极接触层6D。
源极用导电膜的材料没有特别地限定。能适当地使用包含铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)等金属或其合金、或者其金属氮化物的膜。这里,形成依次层叠MoN(厚度:例如为30nm)、Al(厚度:例如为200nm)及MoN(厚度:例如为50nm)而成的层叠膜作为源极用导电膜。此外,也可以取而代之,而形成依次层叠Ti(厚度:例如为30nm)、MoN(厚度:例如为30nm)、Al(厚度:例如为200nm)以及为MoN(厚度:例如50nm)而成的层叠膜作为源极用导电膜。
这里,例如用溅射法形成源极用导电膜,利用湿式蚀刻进行源极用导电膜的图案化(源极/漏极分离)。之后,例如利用干式蚀刻将接触层中的位于成为半导体层5的沟道区域的区域上的部分除去而形成间隙部,并分离成源极接触层6S和漏极接触层6D。此时,在间隙部中,半导体层5的表面近旁也被蚀刻(过蚀刻)。
此外,例如在使用依次层叠Ti膜和Al膜而成的层叠膜作为源极用导电膜的情况下,例如可以使用磷酸乙酸硝酸水溶液,利用湿式蚀刻进行Al膜的图案化之后,利用干式蚀刻同时对Ti膜和接触层(n+型非晶硅层)6进行图案化。或者也能够一并对源极用导电膜及接触层进行蚀刻。不过,在同时对源极用导电膜或其下层与接触层6进行蚀刻的情况下,有时难以控制基板整体的半导体层5的蚀刻量(间隙部的挖掘量)的分布。而如上述那样,若通过单独的蚀刻工序进行源极/漏极分离与间隙部的形成,则能更容易地控制间隙部的蚀刻量。
接着,以覆盖TFT10的方式形成第一绝缘层11。在该例中,第一绝缘层11以与半导体层5的沟道区域接触的方式配置。另外,利用公知的光刻,在第一绝缘层11形成到达漏极电极7D的接触孔CH1。
第一绝缘层11例如可以是氧化硅(SiO 2 )膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)膜、氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)膜等无机绝缘层。这里,例如通过CVD法形成厚度例如为330nm的SiNx层作为第一绝缘层11。
接着,在第一绝缘层11上和接触孔CH1内形成贴片用导电膜,并对其进行图案化。由此,在发送接收区域R1形成贴片电极15,在非发送接收区域R2形成贴片连接部15p。贴片电极15在接触孔CH1内与漏极电极7D接触。此外,在本说明书中,有时将由贴片用导电膜形成的、包含贴片电极15、贴片连接部15p的层称为“贴片金属层”。
能使用与栅极用导电膜或源极用导电膜相同的材料作为贴片用导电膜的材料。不过,贴片用导电膜设定为比栅极用导电膜和源极用导电膜厚。由此,通过使贴片电极的片电阻降低,能使贴片电极内的自由电子的振动转化为热的损耗降低。贴片用导电膜的优选厚度例如是0.3μm以上。若比其薄,则片电阻变成0.10Ω/sq以上,有可能发生损耗变大的问题,贴片用导电膜的厚度例如是3μm以下,更加优选是2μm以下。若比其厚,则有时由于过程中的热应力而产生基板的翘曲。若翘曲较大,则在批量生产工序中,会产生输送故障、基板的缺损、或者基板的开裂等的问题。
这里,形成依次层叠MoN(厚度:例如为50nm)、Al(厚度:例如为1000nm)及MoN(厚度:例如为50nm)而成的层叠膜(MoN/Al/MoN)作为贴片用导电膜。此外,也可以取而代之,形成依次层叠Ti(厚度:例如为50nm)、MoN(厚度:例如为50nm)、Al(厚度:例如为2000nm)及MoN(厚度:例如为50nm)而成的层叠膜(MoN/Al/MoN/Ti)。或者,还可以取而代之,形成依次层叠Ti(厚度:例如为50nm)、MoN(厚度:例如为50nm)、Al(厚度:例如为500nm)及MoN(厚度:例如为50nm)而成的层叠膜(MoN/Al/MoN/Ti)。或者还可以使用依次层叠Ti膜、Cu膜及Ti膜而成的层叠膜(Ti/Cu/Ti)、或者依次层叠Ti膜和Cu膜而成的层叠膜(Cu/Ti)。
接着,在贴片电极15和第一绝缘层11上形成第二绝缘层(厚度:例如为100nm以上且300nm以下)17。作为第二绝缘层17没有特别地限定,例如能适当地使用氧化硅(SiO 2 )膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)膜、及氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)膜等。这里,例如形成厚度为200nm的SiNx层作为第二绝缘层17。
之后,例如通过使用了氟系气体的干式蚀刻,一并地对无机绝缘膜(第二绝缘层17、第一绝缘层11及栅极绝缘层4)进行蚀刻。在蚀刻中,贴片电极15、源极总线SL及栅极总线GL作为蚀刻阻挡物发挥功能。由此,在第二绝缘层17、第一绝缘层11及栅极绝缘层4形成到达栅极总线GL的接触孔CH2,在第二绝缘层17和第一绝缘层11形成到达源极总线SL的接触孔CH3。另外,在第二绝缘层17形成到达贴片连接部15p的接触孔CH4。
在该例中,由于一并地对无机绝缘膜进行蚀刻,因此在得到的接触孔CH2的侧壁中,第二绝缘层17、第一绝缘层11及栅极绝缘层4的侧面相连接,在接触孔CH3的侧壁中,第二绝缘层17和第一绝缘层11的侧壁相连接。此外,在本说明书中,在接触孔内,不同的两个以上的层的“侧面相连接”不仅包括上述层中的在接触孔内露出的侧面在垂直方向上齐平的情况,还包括以连续的方式构成锥形形状等的倾斜面的情况。这种构成例如是通过使用同一掩模对上述层进行蚀刻、或者将一个层作为掩模进行另一个层的蚀刻等而得到的。
接着,在第二绝缘层17上、及接触孔CH2、CH3、CH4内,例如通过溅射法形成透明导电膜(厚度:50nm以上且200nm以下)。作为透明导电膜,例如能使用ITO(铟/锡氧化物)膜、IZO膜、ZnO膜(氧化锌膜)等。这里,使用厚度例如是100nm的ITO膜作为透明导电膜。
接着,通过对透明导电膜进行图案化,形成栅极端子用上部连接部19g、源极端子用上部连接部19s及传输端子用上部连接部19p。栅极端子用上部连接部19g、源极端子用上部连接部19s及传输端子用上部连接部19p用于保护在各端子部露出的电极或布线。这样,得到栅极端子部GT、源极端子部ST及传输端子部PT。
<缝隙基板201的结构>
接着,更具体地说明缝隙基板201的结构。
图6是示意性地表示缝隙基板201中的天线单元区域U和端子部IT的剖视图。
缝隙基板201具备:具有表面和背面的电介质基板51;形成于电介质基板51的表面的第三绝缘层52;形成在第三绝缘层52上的缝隙电极55;以及覆盖缝隙电极55的第四绝缘层58。反射导电板65以隔着电介质层(空气层)54与电介质基板51的背面对置的方式配置。缝隙电极55和反射导电板65作为波导路径301的壁发挥功能。
在发送接收区域R1中,多个缝隙57形成于缝隙电极55。缝隙57是贯通缝隙电极55的开口。在该例中,在各天线单元区域U配置有一个缝隙57。
第四绝缘层58形成在缝隙电极55上和缝隙57内。第四绝缘层58的材料可以与第三绝缘层52的材料相同。通过由第四绝缘层58覆盖缝隙电极55,使得缝隙电极55与液晶层LC不直接接触,因此能提高可靠性。若缝隙电极55由Cu层形成,则有时Cu会溶出到液晶层LC。另外,若使用薄膜沉积技术由Al层形成缝隙电极55,则有时在Al层中含有孔隙。第四绝缘层58能防止液晶材料侵入Al层的孔隙中。此外,若通过将铝箔利用粘合材料粘贴于电介质基板51并对Al层进行图案化而制作缝隙电极55,则能避免孔隙的问题。
缝隙电极55包含Cu层、Al层等主层55M。缝隙电极55可以具有包含主层55M、和以夹着主层55M的方式配置的上层55U及下层55L的层叠结构。主层55M的厚度是根据材料并考虑趋肤效应而设定的,例如可以是2μm以上且30μm以下。主层55M的厚度典型地大于上层55U及下层55L的厚度。
在图示的例子中,主层55M是Cu层,上层55U及下层55L是Ti层。通过在主层55M与第三绝缘层52之间配置下层55L,能提高缝隙电极55与第三绝缘层52的贴紧性。另外,通过设置上层55U,能够抑制主层55M(例如Cu层)的腐蚀。
反射导电板65构成波导路径301的壁,因此优选具有趋肤深度3倍以上、优选5倍以上的厚度。反射导电板65例如能使用通过切削而制作出的厚度为数mm的铝板、铜板等。
在非发送接收区域R2设置有端子部IT。端子部IT具备缝隙电极55、覆盖缝隙电极55的第四绝缘层58、以及上部连接部60。第四绝缘层58具有到达缝隙电极55的开口。上部连接部60在开口内与缝隙电极55接触。在本实施方式中,端子部IT配置在密封区域Rs内,通过含有导电性颗粒的密封树脂而与TFT基板中的传输端子部连接(传输部)。
·传输部
图7是用于说明将TFT基板101的传输端子部PT、与缝隙基板201的端子部IT连接的传输部的示意性剖视图。在图7中,对与图1~图4相同的构成要素标注相同的附图标记。
在传输部中,端子部IT的上部连接部60与TFT基板101中的传输端子部PT的传输端子用上部连接部19p电连接。在本实施方式中,将上部连接部60与传输端子用上部连接部19p借助包含导电性珠71的树脂(密封树脂)73(有时也称为“密封部73”。)连接。
上部连接部60、19p均为ITO膜、IZO膜等透明导电层,有时在其表面形成氧化膜。当形成氧化膜时,无法确保透明导电层彼此的电连接,接触电阻可能变高。而在本实施方式中,借助包含导电性珠(例如Au珠)71的树脂而使上述透明导电层粘合,因此即使形成有表面氧化膜,导电性珠也会冲破表面氧化膜(贯通),从而能抑制接触电阻的增大。导电性珠71也可以不仅贯通表面氧化膜,还贯通作为透明导电层的上部连接部60、19p,而与贴片连接部15p及缝隙电极55直接接触。
传输部既可以配置于扫描天线1000的中心部及周缘部(即,从扫描天线1000的法线方向观察时,环状的发送接收区域R1的内侧及外侧)双方,也可以仅配置于任意一方。传输部可以配置在将液晶封入的密封区域Rs内,也可以配置于密封区域Rs的外侧(与液晶层相反的一侧)。
<缝隙基板201的制造方法>
缝隙基板201例如能用以下的方法来制造。
首先,在电介质基板上形成第三绝缘层(厚度:例如为200nm)52。能使用玻璃基板、树脂基板等相对于电磁波的透射率高(介电常数ε M 和介电损耗tanδ M 小)的基板作为电介质基板。为了抑制电磁波的衰减,优选电介质基板较薄。例如可以在玻璃基板的表面通过后述的工艺形成缝隙电极55等构成要素之后,从背面侧将玻璃基板薄板化。由此,能将玻璃基板的厚度降低至例如500μm以下。
在使用树脂基板作为电介质基板的情况下,可以直接将TFT等构成要素形成在树脂基板上,也可以使用转印法来将TFT等构成要素形成在树脂基板上。根据转印法,例如在玻璃基板上形成树脂膜(例如为聚酰亚胺膜),并在树脂膜上用后述的工艺形成构成要素之后,使形成了构成要素的树脂膜与玻璃基板分离。一般地,与玻璃相比,树脂的介电常数ε M 及介电损耗tanδ M 小。树脂基板的厚度例如是3μm~300μm。作为树脂材料,除聚酰亚胺以外,例如也能使用液晶高分子。
作为第三绝缘层52,没有特别地限定,例如能适当地使用氧化硅(SiO 2 )膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)膜、及氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)膜等。
接着,在第三绝缘层52上形成金属膜,并对其进行图案化,由此得到具有多个缝隙57的缝隙电极55。作为金属膜,可以使用厚度为2μm~5μm的Cu膜(或者Al膜)。这里,使用依次层叠Ti膜、Cu膜及Ti膜而成的层叠膜。此外,也可以取而代之,形成依次层叠Ti(厚度:例如为50nm)和Cu(厚度:例如为5000nm)而成的层叠膜。
之后,在缝隙电极55上和缝隙57内形成第四绝缘层(厚度:例如为100nm或者200nm)58。第四绝缘层58的材料可以与第三绝缘层的材料相同。之后,在非发送接收区域R2中,在第四绝缘层58形成到达缝隙电极55的开口部。
接着,在第四绝缘层58上和第四绝缘层58的开口部内形成透明导电膜,并对其进行图案化,由此形成在开口部内与缝隙电极55接触的上部连接部60。
由此,得到端子部IT。
<TFT10的材料及结构>
在本实施方式中,使用将半导体层5作为活性层的TFT作为配置于各像素的开关元件。半导体层5不限于非晶硅层,也可以是多晶硅层、氧化物半导体层。
在使用氧化物半导体层的情况下,氧化物半导体层所包含的氧化物半导体可以是非晶质氧化物半导体,也可以是具有结晶质部分的结晶质氧化物半导体。作为结晶质氧化物半导体,可举出多晶氧化物半导体、微晶氧化物半导体、c轴与层面大致垂直地取向的结晶质氧化物半导体等。
氧化物半导体层也可以具有两层以上的层叠结构。在氧化物半导体层具有层叠结构的情况下,氧化物半导体层可以包含非晶质氧化物半导体层与结晶质氧化物半导体层。或者,也可以包含结晶结构不同的多个结晶质氧化物半导体层。另外,还可以包含多个非晶质氧化物半导体层。在氧化物半导体层具有包含上层与下层双层结构的情况下,优选上层所包含的氧化物半导体的能隙大于下层所包含的氧化物半导体的能隙。不过,在上述层的能隙之差比较小的情况下,下层的氧化物半导体的能隙也可以大于上层的氧化物半导体的能隙。
非晶质氧化物半导体和上述各结晶质氧化物半导体的材料、结构、成膜方法、具有层叠结构的氧化物半导体层的构成等例如记载在日本特开2014-007399号公报中。为了参考,在本说明书中引用日本特开2014-007399号公报的全部公开内容。
氧化物半导体层例如可以包含In、Ga及Zn中的至少一种金属元素。在本实施方式中,氧化物半导体层例如包含In-Ga-Zn-O系的半导体(例如氧化铟镓锌)。这里,In-Ga-Zn-O系的半导体是In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)的三元系氧化物,In、Ga及Zn的比例(组成比)没有特别限定,例如包括In:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等。这种氧化物半导体层能由包含In-Ga-Zn-O系的半导体的氧化物半导体膜形成。
In-Ga-Zn-O系的半导体可以是非晶质,也可以是结晶质。作为结晶质In-Ga-Zn-O系的半导体,优选c轴与层面大致垂直地取向的结晶质In-Ga-Zn-O系的半导体。
此外,结晶质In-Ga-Zn-O系的半导体的结晶结构例如公开于上述的日本特开2014-007399号公报、日本特开2012-134475号公报、日本特开2014-209727号公报等中。为了参考,在本说明书中引用日本特开2012-134475号公报和日本特开2014-209727号公报的全部公开内容。具有In-Ga-Zn-O系半导体层的TFT具有高迁移率(与a-SiTFT相比超过20倍)和低漏电电流(与a-SiTFT相比不到百分之一),因此适于用作驱动TFT(例如设置于非发送接收区域的驱动电路所包含的TFT)和设置于各天线单元区域的TFT。
氧化物半导体层也可以包含其他氧化物半导体来代替In-Ga-Zn-O系半导体。例如可以包含In-Sn-Zn-O系半导体(例如In 2 O 3 -SnO 2 -ZnO;InSnZnO)。In-Sn-Zn-O系半导体是In(铟)、Sn(锡)及Zn(锌)的三元系氧化物。或者,氧化物半导体层也可以包含In-Al-Zn-O系半导体、In-Al-Sn-Zn-O系半导体、Zn-O系半导体、In-Zn-O系半导体、Zn-Ti-O系半导体、Cd-Ge-O系半导体、Cd-Pb-O系半导体、CdO(氧化镉)、Mg-Zn-O系半导体、In-Ga-Sn-O系半导体、In-Ga-O系半导体、Zr-In-Zn-O系半导体、Hf-In-Zn-O系半导体、Al-Ga-Zn-O系半导体、及Ga-Zn-O系半导体等。
在图3所示的例子中,TFT10是具有底栅结构的沟道蚀刻型TFT。在“沟道蚀刻型TFT”中,在沟道区域上没有形成蚀刻阻挡物层,源极和漏极电极的沟道侧的端部下表面以与半导体层的上表面接触的方式配置。沟道蚀刻型TFT例如通过在半导体层上形成源极/漏极电极用的导电膜,并进行源极/漏极分离而形成。在源极/漏极分离工序中,有时对沟道区域的表面部分进行蚀刻。
此外,TFT10也可以是在沟道区域上形成有蚀刻阻挡物层的蚀刻阻挡物型TFT。在蚀刻阻挡物型TFT中,源极和漏极电极的沟道侧的端部下表面例如位于蚀刻阻挡物层上。蚀刻阻挡物型TFT例如是通过以下方式形成的:在形成覆盖半导体层中的成为沟道区域的部分的蚀刻阻挡物层之后,在半导体层和蚀刻阻挡物层上形成源极/漏极电极用的导电膜,并进行源极/漏极分离。
另外,TFT10具有源极和漏极电极与半导体层的上表面接触的顶接触结构,但源极和漏极电极也可以以与半导体层的下表面接触的方式配置(底接触结构)。进一步,TFT10既可以是在半导体层的电介质基板侧具有栅极电极的底栅结构,也可以是在半导体层的上方具有栅极电极的顶栅结构。
(第二实施方式)
参照附图说明第二实施方式的扫描天线。本实施方式的扫描天线中的TFT基板与图2所示的TFT基板101的不同之处在于,成为各端子部的上部连接部的透明导电层设置在TFT基板中的第一绝缘层与第二绝缘层之间。
图8的(a)~(c)分别是表示本实施方式中的TFT基板102的栅极端子部GT、源极端子部ST及传输端子部PT的剖视图。对与图4相同的构成要素标注相同的附图标记,并省略说明。此外,天线单元区域U的截面结构与上述的实施方式(图3)相同,因此省略图示和说明。
本实施方式的栅极端子部GT具备形成在电介质基板上的栅极总线GL、覆盖栅极总线GL的绝缘层、以及栅极端子用上部连接部19g。栅极端子用上部连接部19g在形成于绝缘层的接触孔CH2内与栅极总线GL接触。在该例中,覆盖栅极总线GL的绝缘层包含栅极绝缘层4和第一绝缘层11。在栅极端子用上部连接部19g和第一绝缘层11上形成有第二绝缘层17。第二绝缘层17具有将栅极端子用上部连接部19g的一部分露出的开口部18g。在该例中,第二绝缘层17的开口部18g可以以将整个接触孔CH2露出的方式配置。
源极端子部ST具备形成在电介质基板上(这里为栅极绝缘层4上)的源极总线SL、覆盖源极总线SL的绝缘层、以及源极端子用上部连接部19s。源极端子用上部连接部19s在形成于绝缘层的接触孔CH3内与源极总线SL接触。在该例中,覆盖源极总线SL的绝缘层仅包含第一绝缘层11。第二绝缘层17延伸设置在源极端子用上部连接部19s和第一绝缘层11上。第二绝缘层17具有将源极端子用上部连接部19s的一部分露出的开口部18s。第二绝缘层17的开口部18s也可以以将整个接触孔CH3露出的方式配置。
传输端子部PT具有:源极连接布线7p,其由与源极总线SL相同的导电膜(源极用导电膜)形成;第一绝缘层11,其延伸设置于源极连接布线7p上;以及传输端子用上部连接部19p和贴片连接部15p,它们形成在第一绝缘层11上。
在第一绝缘层11设置有将源极连接布线7p露出的接触孔CH5和接触孔CH6。传输端子用上部连接部19p配置在第一绝缘层11上和接触孔CH5内,并在接触孔CH5内与源极连接布线7p接触。贴片连接部15p配置在第一绝缘层11上和接触孔CH6内,并在接触孔CH6内与源极连接布线7p接触。传输端子用上部连接部19p是由透明导电膜形成的透明电极。贴片连接部15p由与贴片电极15相同的导电膜形成。此外,各端子部的上部连接部19g、19s及19p也可以由相同的透明导电膜形成。
第二绝缘层17延伸设置于传输端子用上部连接部19p、贴片连接部15p及第一绝缘层11上。第二绝缘层17具有将传输端子用上部连接部19p的一部分露出的开口部18p。在该例中,第二绝缘层17的开口部18p以将整个接触孔CH5露出的方式配置。另一方面,贴片连接部15p由第二绝缘层17覆盖。
这样,在本实施方式中,通过形成于源极金属层的源极连接布线7p,将传输端子部PT的传输端子用上部连接部19p与贴片连接部15p电连接。虽未图示,但与上述的实施方式同样地,传输端子用上部连接部19p通过含有导电性颗粒的密封树脂与缝隙基板201中的缝隙电极连接。
在上述的实施方式中,在第二绝缘层17的形成之后,一并形成深度不同的接触孔CH1~CH4。例如在栅极端子部GT上,对比较厚的绝缘层(栅极绝缘层4、第一绝缘层11以及第二绝缘层17)进行蚀刻,而在传输端子部PT中,仅对第二绝缘层17进行蚀刻。因此,成为浅的接触孔的基底的导电膜(例如贴片电极用导电膜)在蚀刻时可能受到大的损伤。
而在本实施方式中,在形成第二绝缘层17之前形成接触孔CH1~3、CH5、CH6。这些接触孔仅形成于第一绝缘层11或者形成于第一绝缘层11和栅极绝缘层4的层叠膜,因此与上述的实施方式相比,能降低一并形成的接触孔的深度之差。因而,能减小对成为接触孔的基底的导电膜的损伤。特别是,在对贴片电极用导电膜使用Al膜的情况下,若使ITO膜与Al膜直接接触,则无法得到良好的接触,所以有时在Al膜的上层形成MoN层等盖层。在这种情况下,不需要考虑蚀刻时的损伤而增大盖层的厚度,因此是有利的。
<TFT基板102的制造方法>
例如用如下方法来制造TFT基板102。图9是例示TFT基板102的制造工序的图。此外,以下,在各层的材料、厚度、及形成方法等与上述的TFT基板101相同的情况下省略说明。
首先,用与TFT基板102同样的方法,在电介质基板上形成对准标记、基底绝缘层、栅极金属层、栅极绝缘层、半导体层、接触层以及源极金属层,而得到TFT。在形成源极金属层的工序中,由源极用导电膜形成源极和漏极电极、源极总线以及源极连接布线7p。
接着,以覆盖源极金属层的方式形成第一绝缘层11。之后,一并地对第一绝缘层11和栅极绝缘层4进行蚀刻,形成接触孔CH1~3、CH5、CH6。在蚀刻中,源极总线SL和栅极总线GL作为蚀刻阻挡物发挥功能。由此,在发送接收区域R1中,在第一绝缘层11形成到达TFT的漏极电极的接触孔CH1。另外,在非发送接收区域R2中,在第一绝缘层11和栅极绝缘层4形成到达栅极总线GL的接触孔CH2、在第一绝缘层11形成到达源极总线SL的接触孔CH3和到达源极连接布线7p的接触孔CH5、CH6。可以将接触孔CH5配置于密封区域Rs,将接触孔CH6配置在密封区域Rs的外侧。或者也可以将两者均配置在密封区域Rs的外部。
接着,在第一绝缘层11上和接触孔CH1~3、CH5、CH6形成透明导电膜,并对其进行图案化。由此,形成在接触孔CH2内与栅极总线GL接触的栅极端子用上部连接部19g、在接触孔CH3内与源极总线SL接触的源极端子用上部连接部19s、以及在接触孔CH5内与源极连接布线7p接触的传输端子用上部连接部19p。
接着,在第一绝缘层11上、栅极端子用上部连接部19g、源极端子用上部连接部19s、传输端子用上部连接部19p上、以及接触孔CH1、CH6内形成贴片电极用导电膜,并进行图案化。由此,在发送接收区域R1形成在接触孔CH1内与漏极电极7D接触的贴片电极15,在非发送接收区域R2形成在接触孔CH6内与源极连接布线7p接触的贴片连接部15p。可以利用湿式蚀刻进行贴片电极用导电膜的图案化。这里,使用能增大透明导电膜(ITO等)与贴片电极用导电膜(例如Al膜)的蚀刻选择比的蚀刻剂。由此,在贴片电极用导电膜的图案化时,能够使透明导电膜作为蚀刻阻挡物发挥功能。源极总线SL、栅极总线GL及源极连接布线7p中的通过接触孔CH2、CH3、CH5露出的部分被蚀刻阻挡物(透明导电膜)覆盖,因此未被蚀刻。
接下来,形成第二绝缘层17。之后,例如通过使用了氟系气体的干式蚀刻,进行第二绝缘层17的图案化。由此,在第二绝缘层17设置将栅极端子用上部连接部19g露出的开口部18g、将源极端子用上部连接部19s露出的开口部18s以及将传输端子用上部连接部19p露出的开口部18p。这样,得到TFT基板102。
(第三实施方式)
参照附图说明第三实施方式的扫描天线。本实施方式的扫描天线中的TFT基板与图8所示的TFT基板102不同之处在于,不将由透明导电膜构成的上部连接部设置于传输端子部。
图10的(a)~(c)分别是表示本实施方式的TFT基板103的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的剖视图。对与图8相同的构成要素标注相同的附图标记,并省略说明。此外,天线单元区域U的结构与上述的实施方式(图3)相同,因此省略图示和说明。
栅极端子部GT和源极端子部ST的结构与图8所示的TFT基板102的栅极端子部和源极端子部的结构相同。
传输端子部PT具有形成在第一绝缘层11上的贴片连接部15p、和层叠在贴片连接部15p上的保护导电层23。第二绝缘层17延伸设置于保护导电层23上,并具有将保护导电层23的一部分露出的开口部18p。另一方面,贴片电极15被第二绝缘层17覆盖。
<TFT基板103的制造方法>
TFT基板103例如用如下方法制造。图11是例示TFT基板103的制造工序的图。此外,以下,在各层的材料、厚度、形成方法等与上述的TFT基板101相同的情况下省略说明。
首先,用与TFT基板101同样的方法在电介质基板上形成对准标记、基底绝缘层、栅极金属层、栅极绝缘层、半导体层、接触层以及源极金属层,而得到TFT。
接着,以覆盖源极金属层的方式形成第一绝缘层11。之后,一并地对第一绝缘层11和栅极绝缘层4进行蚀刻,形成接触孔CH1~CH3。在蚀刻中,源极总线SL和栅极总线GL作为蚀刻阻挡物发挥功能。由此,在第一绝缘层11形成到达TFT的漏极电极的接触孔CH1,并且在第一绝缘层11和栅极绝缘层4形成到达栅极总线GL的接触孔CH2,在第一绝缘层11形成到达源极总线SL的接触孔CH3。在形成传输端子部的区域不形成接触孔。
接着,在第一绝缘层11上和接触孔CH1、CH2、CH3内形成透明导电膜,并对其进行图案化。由此,形成在接触孔CH2内与栅极总线GL接触的栅极端子用上部连接部19g、及在接触孔CH3内与源极总线SL接触的源极端子用上部连接部19s。在形成传输端子部的区域,透明导电膜被去除。
接着,在第一绝缘层11上、栅极端子用上部连接部19g及源极端子用上部连接部19s上、以及接触孔CH1内形成贴片电极用导电膜,并对其进行图案化。由此,在发送接收区域R1形成在接触孔CH1内与漏极电极7D接触的贴片电极15,在非发送接收区域R2形成贴片连接部15p。与上述的实施方式同样地,在贴片电极用导电膜的图案化中使用能确保透明导电膜(ITO等)与贴片电极用导电膜的蚀刻选择比的蚀刻剂。
接下来,在贴片连接部15p上形成保护导电层23。能使用Ti层、ITO层及IZO(铟锌氧化物)层等(厚度:例如为50nm以上100nm以下)作为保护导电层23。在此,使用Ti层(厚度:例如为50nm)作为保护导电层23。此外,也可以将保护导电层形成在贴片电极15之上。
接着,形成第二绝缘层17。之后,例如通过使用氟系气体的干式蚀刻进行第二绝缘层17的图案化。由此,在第二绝缘层17设置将栅极端子用上部连接部19g露出的开口部18g、将源极端子用上部连接部19s露出的开口部18s、以及将保护导电层23露出的开口部18p。这样,得到TFT基板103。
<缝隙基板203的结构>
图12是用于说明本实施方式的将TFT基板103的传输端子部PT与缝隙基板203的端子部IT连接的传输部的示意性剖视图。在图12中,对与上述的实施方式同样的构成要素标注相同的附图标记。
首先,说明本实施方式的缝隙基板203。缝隙基板203具备电介质基板51、形成于电介质基板51的表面的第三绝缘层52、形成在第三绝缘层52上的缝隙电极55、以及覆盖缝隙电极55的第四绝缘层58。反射导电板65以隔着电介质层(空气层)54与电介质基板51的背面对置的方式配置。缝隙电极55和反射导电板65作为波导路径301的壁发挥功能。
缝隙电极55具有将Cu层或Al层作为主层55M的层叠结构。在发送接收区域R1中,在缝隙电极55形成有多个缝隙57。发送接收区域R1中的缝隙电极55的结构与参照图6说明的上述的缝隙基板201的结构相同。
在非发送接收区域R2设置有端子部IT。在端子部IT中,在第四绝缘层58设置有将缝隙电极55的表面露出的开口。缝隙电极55的露出的区域成为接触面55c。这样,在本实施方式中,缝隙电极55的接触面55c未被第四绝缘层58覆盖。
在传输部中,借助包含导电性珠71的树脂(密封树脂)将TFT基板103中的覆盖贴片连接部15p的保护导电层23与缝隙基板203中的缝隙电极55的接触面55c连接。
本实施方式的传输部与上述的实施方式同样地,可以配置于扫描天线的中心部及周缘部双方,也可以配置于任意一方。另外,可以配置在密封区域Rs内,也可以配置在密封区域Rs的外侧(与液晶层相反的一侧)。
在本实施方式中,在传输端子部PT和端子部IT的接触面不设置透明导电膜。因此,能够使保护导电层23与缝隙基板203的缝隙电极55借助含有导电性颗粒的密封树脂连接。
另外,在本实施方式中,与第一实施方式(图3和图4)相比,一并形成的接触孔的深度之差较小,因此能降低成为接触孔的基底的导电膜的损伤。
<缝隙基板203的制造方法>
如下制造缝隙基板203。各层的材料、厚度及形成方法与缝隙基板201相同,因此省略说明。
首先,用与缝隙基板201相同的方法在电介质基板上形成第三绝缘层52和缝隙电极55,在缝隙电极55形成多个缝隙57。接着,在缝隙电极55上和缝隙内形成第四绝缘层58。之后,为了将成为缝隙电极55的接触面的区域露出而在第四绝缘层58设置开口部18p。这样,制造缝隙基板203。
<内部加热器结构>
如上所述,优选在天线的天线单元中使用的液晶材料的介电各向异性Δε M 大。但是,介电各向异性Δε M 大的液晶材料(向列液晶)的粘度大,存在响应速度慢的问题。特别是,当温度降低时,粘度上升。移动体(例如船舶、飞机、汽车)所搭载的扫描天线的环境温度会发生变动。因而,优选能将液晶材料的温度调整为某种程度以上,例如30℃以上、或者45℃以上。优选设定温度以向列液晶材料的粘度大致变成10cP(厘泊)以下的方式设定。
优选本发明的实施方式的扫描天线除了具有上述的结构以外,还具有内部加热器结构。内部加热器优选为利用焦耳热的电阻加热方式的加热器。作为加热用电阻膜的材料,没有特别地限定,例如可以使用ITO、IZO等电阻率较高的导电材料。另外,为了进行电阻值的调整,也可以用金属(例如、镍铬合金、钛、铬、铂、镍、铝、铜)的细线、丝网来形成电阻膜。也可以使用ITO、IZO等的细线、丝网。只要根据所要求的散热量设定电阻值即可。
例如,为了在直径为340mm的圆的面积(约90,000mm2)中以100V交流(60Hz)将电阻膜的发热温度设为30℃,只要将电阻膜的电阻值设为139Ω、将电流设为0.7A、将功率密度设为800W/m2即可。为了在相同的面积以100V交流(60Hz)将电阻膜的发热温度设为45℃,只要将电阻膜的电阻值设为82Ω、将电流设为1.2A、将功率密度设为1350W/m2即可。
加热用电阻膜只要不影响扫描天线的动作就可以设置于任意的部位,但为了对液晶材料高效地进行加热,优选设置在液晶层的附近。例如像图13的(a)所示的TFT基板104那样,可以在电介质基板1的大致整个面形成电阻膜68。图13的(a)是具有加热用电阻膜68的TFT基板104的示意性俯视图。电阻膜68例如被图3所示的基底绝缘膜2覆盖。基底绝缘膜2形成为具有足够的绝缘耐压。
优选电阻膜68具有开口部68a、68b以及68c。在使TFT基板104与缝隙基板贴合时,缝隙57处于与贴片电极15对置的位置。此时,为了在从缝隙57的边缘起距离为d的周围不存在电阻膜68,而配置开口部68a。d例示是0.5mm。另外,优选也在辅助电容CS的下部配置开口部68b,也在TFT的下部配置开口部68c。
此外,天线单元U的尺寸例如是4mm×4mm。另外,如图13的(b)所示,例如缝隙57的宽度s2是0.5mm,缝隙57的长度s1是3.3mm,缝隙57的宽度方向的贴片电极15的宽度p2是0.7mm,缝隙的长度方向的贴片电极15的宽度p1是0.5mm。此外,天线单元U、缝隙57以及贴片电极15的尺寸、形状、及配置关系等不限于图13的(a)和(b)所示的例子。
为了进一步降低来自加热用电阻膜68的电场的影响,也可以形成屏蔽导电层。屏蔽导电层例如在基底绝缘膜2之上形成于电介质基板1的几乎整个面。虽然不需要在屏蔽导电层像电阻膜68那样设置开口部68a、68b,但优选设置开口部68c。屏蔽导电层例如由铝层形成,并设为接地电位。
另外,为了能够对液晶层均匀地加热,优选使电阻膜的电阻值具有分布。优选在液晶层的温度分布中,最高温度-最低温度(温度不均)例如为15℃以下。当温度不均超过15℃时,有时会发生如下缺陷:相位差调制在面内参差不齐,无法形成良好的波束。另外,当液晶层的温度接近Tni点(例如125℃)时,Δε M 变小,因此并不优选。
参照图14的(a)、(b)及图15的(a)~(c),说明电阻膜的电阻值的分布。在图14的(a)、(b)及图15的(a)~(c)中,示出电阻加热结构80a~80e的示意性结构与电流的分布。电阻加热结构具备电阻膜和加热用端子。
图14的(a)所示的电阻加热结构80a具有第一端子82a、第二端子84a以及与它们连接的电阻膜86a。第一端子82a配置于圆的中心,第二端子84a沿着整个圆周配置。这里,圆与发送接收区域R1对应。当向第一端子82a与第二端子84a之间供给直流电压,则例如电流IA从第一端子82a以辐射状向第二端子84a流动。因而,电阻膜86a即使是面内的电阻值恒定,也能均匀地发热。当然,电流的流动方向也可以是从第二端子84a朝向第一端子82a的方向。
在图14的(b)中,电阻加热结构80b具有第一端子82b、第二端子84b以及与它们连接的电阻膜86b。第一端子82b及第二端子84b沿着圆周彼此相邻配置。为了使由在电阻膜86b中的第一端子82b与第二端子84b之件流动的电流IA产生的每单位面积的发热量为恒定,电阻膜86b的电阻值具有面内分布。电阻膜86b的电阻值的面内分布例如在用细线构成电阻膜86的情况下,只要通过细线的粗细、细线的密度进行调整即可。
图15的(a)所示的电阻加热结构80c具有第一端子82c、第二端子84c以及与它们连接的电阻膜86c。第一端子82c沿着圆的上侧半个圆周配置,第二端子84c沿着圆的下侧半个圆周配置。例如当由在第一端子82c与第二端子84c之间上下延伸的细线构成电阻膜86c的情况下,为了使基于电流IA的每单位面积的发热量在面内为恒定,例如以中央附近的细线的粗细、密度变高的方式进行调整。
图15的(b)所示的电阻加热结构80d具有第一端子82d、第二端子84d及与它们连接的电阻膜86d。第一端子82d与第二端子84d以分别沿着圆的直径在上下方向、左右方向延伸的方式设置。在图中虽然进行了简化,但第一端子82d与第二端子84d相互绝缘。
另外,图15的(c)所示的电阻加热结构80e具有第一端子82e、第二端子84e及与它们连接的电阻膜86e。电阻加热结构80e与电阻加热结构80d不同,第一端子82e和第二端子84e均具有从圆的中心向上下左右四个方向延伸的四个部分。相互成90度的第一端子82e的部分与第二端子84e的部分配置成电流IA顺时针流动。
在电阻加热结构80d及电阻加热结构80e的任一者中,为了使每单位面积的发热量在面内为均匀,均以离圆周越近电流IA越多、例如加粗距圆周近的一侧的细线、并提高密度的方式进行调整。
这种内部加热器结构例如可以检测扫描天线的温度,并在低于预先设定的温度时自动地动作。当然,也可以响应使用者的操作而动作。
<外部加热器结构>
本发明的实施方式的扫描天线也可以代替上述的内部加热器结构、或者与内部加热器结构一起还具有外部加热器结构。能够使用公知的各种加热器作为外部加热器,但优选利用焦耳热的电阻加热方式的加热器。将加热器内、发热的部分称为加热部。以下,说明将电阻膜用作加热部的例子。以下,电阻膜也用附图标记68表示。
例如,如图16的(a)和(b)所示的液晶面板100Pa或者100Pb那样,优选配置加热用电阻膜68。这里,液晶面板100Pa和100Pb具有:图1所示的扫描天线1000的TFT基板101、缝隙基板201、以及设置在它们之间的液晶层LC,进一步在TFT基板101的外侧具有包含电阻膜68的电阻加热结构。虽然可以将电阻膜68形成在TFT基板101的电介质基板1的液晶层LC侧,但TFT基板101的制造工艺复杂化,因此优选配置在TFT基板101的外侧(与液晶层LC相反的一侧)。
图16的(a)所示的液晶面板100Pa具有:加热用电阻膜68,其形成于TFT基板101的电介质基板1的外侧的表面;和保护层69a,其覆盖加热用电阻膜68。也可以将保护层69a省略。扫描天线例如收纳于塑料制的壳体,因此用户不会直接接触到电阻膜68。
电阻膜68能够例如使用公知的薄膜沉积技术(例如溅射法、CVD法)、涂布法或者印刷法形成于电介质基板1的外侧的表面。电阻膜68根据需要进行图案化。图案化例如通过光刻工艺进行。
作为加热用电阻膜68的材料,如针对内部加热器结构像上述那样,没有特别限定,例如能使用ITO、IZO等电阻率较高的导电材料。另外,为了调整电阻值,也可以通过金属(例如镍铬合金、钛、铬、铂、镍、铝、铜)的细线、丝网形成电阻膜68。还能够使用ITO、IZO等细线、丝网。只要根据所要求的发热量设定电阻值即可。
保护层69a由绝缘材料形成,并形成为覆盖电阻膜68。可以将电阻膜68图案化,并在将电介质基板露出的部分不形成保护层69a。对电阻膜68如所述那样以不使天线的性能降低的方式进行图案化。由于存在形成保护层69a的材料,在天线的性能下降的情况下,也与电阻膜68同样地,优选使用图案化后的保护层69a。
保护层69a可以通过湿式工艺、干式工艺的任一种工艺形成。例如,通过对形成有电阻膜68的电介质基板1的表面施加液状的固化性树脂(或者树脂的前体)或者溶液之后,使固化性树脂固化而形成。液状的树脂或者树脂的溶液通过各种涂布法(例如使用缝隙式涂布机、旋涂机、喷雾器)或者各种印刷法以变成规定的厚度的方式施加给电介质基板1的表面。之后,根据树脂的种类,进行室温固化、加热固化、或者光固化,由此能够由绝缘性树脂膜形成保护层69a。绝缘性树脂膜例如能通过光刻工艺进行图案化。
作为形成保护层69a的材料,能够适当地使用固化性树脂材料。固化性树脂材料包含热固化型和光固化型。另外,热固化型包括热交联型和热聚合型。
作为热交联型的树脂材料,例如列举有环氧系化合物(例如环氧树脂)与胺系化合物的组合、环氧系化合物与酰肼系化合物的组合、环氧系化合物与醇系化合物(例如包含酚醛树脂)的组合、环氧系化合物与羧酸系化合物(例如包含酸酐)的组合、异氰酸酯系化合物与胺系化合物的组合、异氰酸酯系化合物与酰肼系化合物的组合、异氰酸酯系化合物与醇系化合物的组合(例如包含聚氨酯树脂)、以及异氰酸酯系化合物与羧酸系化合物的组合。另外,作为阳离子聚合型粘合材料,例如列举有环氧系化合物与阳离子聚合引发剂的组合(代表性的阳离子聚合引发剂、芳族锍盐)。作为自由基聚合型的树脂材料,例如各种丙烯、异丁烯、聚氨酯改性丙烯(异丁烯)树脂等包含乙烯基的单体和/或低聚物与自由基聚合引发剂的组合(代表性的自由基聚合引发剂:偶氮系化合物(例如AIBN(偶氮二异丁腈))),作为开环聚合型的树脂材料,例如列举有环氧乙烷系化合物、乙烯亚胺系化合物、硅氧烷系化合物。除此之外,能够使用马来酰亚胺树脂、马来酰亚胺树脂与胺的组合、马来酰亚胺与异丁烯化合物的组合、双马来酰亚胺-三嗪树脂以及聚苯醚树脂。另外,也能够适宜使用聚酰亚胺。此外,“酰亚胺”以包含作为聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸的意思而使用。聚酰亚胺例如与环氧系化合物或者异氰酸酯系化合物组合而使用。
从耐热性、化学稳定性、机械性能的观点出发,优选使用热固化性类型的树脂材料。特别是,优选包含环氧树脂或者聚酰亚胺树脂的树脂材料,从机械性能(特别是机械强度)和吸湿性的观点出发,优选包含聚酰亚胺树脂的树脂材料。也能将聚酰亚胺树脂与环氧树脂混合使用。另外,也可以对聚酰亚胺树脂和/或环氧树脂混合热可塑性树脂和/或弹性体。进一步,作为聚酰亚胺树脂和/或环氧树脂,也可以混合橡胶改性后的材料。通过混合热可塑性树脂或者弹性体,能够使柔软性、韧性(韧度)提高。使用橡胶改性的材料也能够获得同样的效果。
光固化型通过紫外线或者可见光产生交联反应和/或聚合反应,并固化。在光固化型中,例如存在自由基聚合型与阳离子聚合型。作为自由基聚合型,是以丙烯酸树脂(环氧改性丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂)与光聚合引发剂的组合为代表的。作为紫外光用自由基聚合引发剂,例如列举有苯乙酮型和二苯甲酮型。作为可见光用自由基聚合引发剂,例如能够列举有苄基型和噻吨酮型。作为阳离子聚合型,是以环氧系化合物与光阳离子聚合引发剂的组合为代表的。光阳离子聚合引发剂例如能够列举碘盐系化合物。此外,也能够使用兼有光固化性与热固化性的树脂材料。
图16的(b)所示的液晶面板100Pb与液晶面板100Pa的不同之处在于,在电阻膜68与电介质基板1之间还具有粘合层67。另外,保护层69b使用预先制作出的高分子膜或者玻璃板而形成的这一点不同。
例如,保护层69b由高分子膜形成的液晶面板100Pb如以下那样而制造。
首先,准备成为保护层69b的绝缘性的高分子膜。作为高分子膜,例如使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯膜、聚苯砜、以及聚酰亚胺、聚酰胺等超级工序塑料的膜。高分子膜的厚度(即,保护层69b的厚度)例如是5μm以上200μm以下。
在该高分子膜的一个表面上形成电阻膜68。电阻膜68能通过上述的方法形成。电阻膜68可以进行图案化,高分子膜可以根据需要而进行图案化。
使用粘合材料将形成有电阻膜68的高分子膜(即,将保护层69b与电阻膜68一体形成的部件)粘贴于电介质基板1。作为粘合材料,能够使用与上述的保护层69a的形成所使用的固化性树脂相同的固化性树脂。进一步,也能够使用热熔型的树脂材料(粘合材料)。热熔型的树脂材料以热可塑性树脂为主要成分,通过加热而熔融,通过冷却而固化。例示了聚烯烃系(例如聚乙烯、聚丙烯)、聚酰胺系、乙烯-醋酸乙烯系。另外,也销售具有反应性的聚氨酯系的热熔树脂材料(粘合材料)。从粘合性和耐久性的观点出发,优选反应性的聚氨酯系。
另外,粘合层67也可以与电阻膜68以及保护层(高分子膜)69b同样地进行图案化。不过,粘合层67只要能将电阻膜68和保护层69b固定于电介质基板1即可,因此粘合层67也可以比电阻膜68和保护层69b小。
也能够代替高分子膜,而使用玻璃板形成保护层69b。制造工艺可以与使用高分子膜的情况相同。玻璃板的厚度优选是1mm以下,进一步优选是0.7mm以下。玻璃板的厚度没有特别的限制,但从处理性的观点出发,优选玻璃板的厚度是0.3mm以上。
在图16的(b)所示的液晶面板100Pb中,借助粘合层67将形成于保护层(高分子膜或者玻璃板)69b的电阻膜68固定于电介质基板1,但将电阻膜68以与电介质基板1接触的方式配置即可,并非一定需要将电阻膜68和保护层69b固定(粘合)于电介质基板1。即,也可以省略粘合层67。例如,可以将形成有电阻膜68的高分子膜(即,将保护层69与电阻膜68一体形成的部件)以电阻膜68与电介质基板1接触的方式配置,并通过收纳扫描天线的壳体将电阻膜68向电介质基板1按压。例如,若仅通过单纯放置形成有电阻膜68的高分子膜,则存在接触热电阻变高的担忧,因此优选通过按压而使接触热电阻下降。若采用这样的构成,则能够将与电阻膜68和保护层(高分子膜或者玻璃板)69b形成为一体的部件取下。
此外,在电阻膜68(以及保护层69b)如后述那样进行图案化的情况下,优选以天线的性能不下降的方式,将电阻膜68(以及保护层69b)固定成相对于TFT基板的位置不偏离的程度。
加热用电阻膜68只要不影响扫描天线的动作,设置在何处均可,但为了有效地加热液晶材料,优选设置在液晶层的附近。因此,如图16的(a)和(b)所示,优选设置于TFT基板101的外侧。另外,与如图16的(b)所示,隔着粘合层67将电阻膜68设置于电介质基板1的外侧相比,如图16的(a)所示,直接在TFT基板101的电介质基板1的外侧设置电阻膜68的情况下,能量效率更高、且温度的控制性也更高,因此优选。
电阻膜68例如也可以相对于图13的(a)所示的TFT基板104,设置于电介质基板1的几乎整个面。关于内部加热器结构如上所述,优选电阻膜68具有开口部68a、68b及68c。
保护层69a和69b也可以以覆盖电阻膜68的方式形成于整个面。如上述那样,在保护层69a或者69b对天线特性带来不良影响的情况下,也可以设置与电阻膜68的开口部68a、68b及68c对应的开口部。在该情况下,保护层69a或者69b的开口部形成在电阻膜68的开口部68a、68b及68c的内侧。
为了进一步降低来自加热用电阻膜68的电场的影响,也可以形成屏蔽导电层。屏蔽导电层例如隔着绝缘膜形成在电阻膜68的电介质基板1侧。屏蔽导电层形成于电介质基板1的几乎整个面。虽然不需要对屏蔽导电层像电阻膜68那样设置开口部68a、68b,但优选设置开口部68c。屏蔽导电层例如由铝层形成,并设为接地电位。另外,为了能对液晶层均匀地进行加热,优选使电阻膜的电阻值具有分布。它们针对内部加热器结构也如上述所述那样。
电阻膜只要能对发送接收区域R1的液晶层LC进行加热即可,因此如例示那样,只要在与发送接收区域R1对应的区域设置电阻膜即可,但并不限于此。例如,如图2所示,在TFT基板101具有能够划定包含发送接收区域R1的矩形的区域那样的外形的情况下,可以在与包含发送接收区域R1的矩形的区域对应的区域设置电阻膜。当然,电阻膜的外形并不限于矩形,可以是包含发送接收区域R1的任意的形状。
在上述的例子中,在TFT基板101的外侧配置了电阻膜,但也可以在缝隙基板201的外侧(液晶层LC的相反侧)配置电阻膜。该情况下,也与图16的(a)的液晶面板100Pa同样地,可以在电介质基板51直接形成电阻膜,也可以与图16的(b)的液晶面板100Pb同样地,隔着粘合层将形成于保护层(高分子膜或者玻璃板)的电阻膜固定于电介质基板51。或者,还可以省略粘合层,将形成有电阻膜的保护层(即将保护层与电阻膜一体形成的部件)以电阻膜与电介质基板51接触的方式配置。例如,若仅通过单纯放置形成有电阻膜的高分子膜,则存在接触热电阻变高的担忧,因此优选通过按压而使接触热电阻下降。若采用这样的构成,则能够将电阻膜和保护层(高分子膜或者玻璃板)形成为一体的部件取下。此外,在电阻膜(及保护层)进行图案化的情况下,优选以天线的性能不下降的方式,将电阻膜(及保护层)相对于缝隙基板的位置固定成不偏离的程度。
当在缝隙基板201的外侧配置电阻膜的情况下,优选在与电阻膜的缝隙57对应的位置设置开口部。另外,优选电阻膜是能充分透射微波的厚度。
这里,说明了使用电阻膜作为加热部的例子,但作为加热部,除此之外,例如能够使用镍铬合金线(例如绕组)、红外线加热部等。在这种情况下,也优选以不使天线的性能下降的方式配置加热部。
这种外部加热器结构例如可以检测扫描天线的温度,并在低于预先设定的温度时自动动作。当然,也可以响应使用者的操作而动作。
作为用于使外部加热器结构自动动作的温度控制装置,例如能够使用公知的各种恒温器。例如,在连接到电阻膜的两个端子的中的一个端子与电源之间,连接使用了双金属的恒温器即可。当然,也可以使用温度检测器,以不低于预先设定的温度的方式,对外部加热器结构使用从电源供给电流那样的温度控制装置。
<驱动方法>
本发明的实施方式的扫描天线所具有的天线单元的阵列具有与LCD面板类似的结构,因此与LCD面板同样地进行线顺序驱动。但是,若应用现有的LCD面板的驱动方法,则有可能产生以下问题。参照图17所示的扫描天线的一个天线单元的等价电路图来说明可能在扫描天线中产生的问题。
首先,如上所述,微波区域的介电各向异性Δε M (相对于可见光的双折射Δn)大的液晶材料的电阻率低,因此若直接应用LCD面板的驱动方法,则无法充分保持对液晶层施加的电压。这样,对液晶层施加的有效电压降低,液晶电容的静电电容值达不到目标值。
这样,若对液晶层施加的电压偏离规定的值,则天线的增益变成最大的方向偏离所希望的方向。这样,例如就无法准确地追踪通信卫星。为了防止该情况,以与液晶电容Clc电并联的方式设置辅助电容CS,使辅助电容CS的电容值C-Ccs足够大。辅助电容CS的电容值C-Ccs优选以液晶电容Clc的电压保持率例如以成为至少30%、优选55%以上的方式适当地进行设定。辅助电容CS的电容值C-Ccs取决于电极CSE1及电极CSE2的面积以及电极CSE1与电极CSE2之间的电介质层的厚度及介电常数。典型地,对电极CSE1供给与贴片电极15相同的电压,对电极CSE2供给与缝隙电极55相同的电压。
另外,若使用电阻率低的液晶材料,则也引起由于界面极化和/或取向极化所致的电压下降。为了防止这些极化所致的电压下降,可以考虑施加将电压降低量估计在内的足够高的电压。但是,当对电阻率低的液晶层施加高电压时,有可能发生动态散射效应(DS效应)。DS效应起因于液晶层中的离子性杂质的对流,液晶层的介电常数ε M 接近平均值((ε M ∥+2ε M ⊥)/3)。另外,为了以多级(多灰度级)控制液晶层的介电常数ε M ,也无法始终施加足够高的电压。
为了抑制上述的DS效应和/或极化所致的电压降低,使对液晶层施加的电压的极性反转周期足够短即可。如已知的那样,当缩短施加电压的极性反转周期时,产生DS效应的阈值电压变高。因而,只要以使对液晶层施加的电压(绝对值)的最大值不足发生DS效应的阈值电压的方式决定极性反转频率即可。若极性反转频率是300Hz以上,则例如即使对电阻率为1×1010Ω·cm、介电各向异性Δε(@1kHz)为-0.6左右的液晶层施加绝对值为10V的电压,也能确保良好的动作。另外,若极性反转频率(典型地与帧频率的2倍相同)是300Hz以上,则也能抑制由于上述的极化所导致的电压下降。从功耗等的观点出发,优选极性反转周期的上限是约5kHz以下。
施加给液晶层的电压的极性反转频率当然取决于液晶材料(特别是电阻率)。因此,即使根据液晶材料以不足300Hz的极性反转周期施加电压,也不产生上述的问题。不过,本发明的实施方式的扫描天线所使用的液晶材料与LCD所使用的液晶材料相比,电阻率较小,因此优选大致以60Hz以上进行驱动。
如上所述,液晶材料的粘度依赖于温度,因此优选适当地控制液晶层的温度。在此叙述的液晶材料的物理性质和驱动条件是液晶层的动作温度下的值。反而言之,优选以用上述条件能够驱动的方式控制液晶层的温度。
参照图18的(a)~(g)说明在扫描天线的驱动中使用的信号的波形的例子。在此,在18的(d)中,为了进行比较,而示出了供给至LCD面板的源极总线的显示信号Vs(LCD)的波形。
图18的(a)表示向栅极总线G-L1供给的扫描信号Vg的波形,图18的(b)表示向栅极总线G-L2供给的扫描信号Vg的波形,图18的(c)表示向栅极总线G-L3供给的扫描信号Vg的波形,图18的(e)表示向源极总线供给的数据信号Vda的波形,图18的(f)表示向缝隙基板的缝隙电极(缝隙电极)供给的缝隙电压Vidc的波形,图18的(g)表示向天线单元的液晶层施加的电压的波形。
如图18的(a)~(c)所示,向栅极总线供给的扫描信号Vg的电压依次从低电平(VgL)切换为高电平(VgH)。VgL和VgH可根据TFT的特性适当地设定。例如是VgL=-5V~0V,Vgh=+20V。另外,也可以为VgL=-20V,Vgh=+20V。将从某栅极总线的扫描信号Vg的电压从低电平(VgL)切换为高电平(VgH)的时刻起直至其下一栅极总线的电压从VgL切换为VgH的时刻为止的期间称为一个水平扫描期间(1H)。另外,将各栅极总线的电压变为高电平(VgH)的期间称为选择期间PS。在该选择期间PS,连接到各栅极总线的TFT变成导通状态,向源极总线供给的数据信号Vda此时的电压被供给到对应的贴片电极。数据信号Vda例如是-15V~+15V(绝对值为15V),例如使用与12灰度级、优选16灰度级对应的绝对值不同的数据信号Vda。
在此,例示对所有天线单元施加某中间电压的情况。即,数据信号Vda的电压相对于所有天线单元(设为连接到m个栅极总线。)是恒定的。这与在LCD面板中显示作为整个面的中间灰度级的情况对应。此时,在LCD面板中进行点反转驱动。即,在各帧中以彼此相邻的像素(点)的极性互为相反的方式供给显示信号电压。
图18的(d)表示进行点反转驱动的LCD面板的显示信号的波形。如图18的(d)所示,Vs(LCD)的极性按每1H反转。对与被供给具有该波形的Vs(LCD)的源极总线邻接的源极总线供给的Vs(LCD)的极性与图18的(d)所示的Vs(LCD)的极性是相反的。另外,对全部像素供给的显示信号的极性按每一帧反转。在LCD面板中,正极性与负极性时,难以使对液晶层施加的有效电压的大小完全一致,且有效电压的差成为亮度的差,而被观察为闪烁。为了不易观察到该闪烁,使施加极性不同的像素(点)在空间上分散在各帧中。典型地,通过进行点反转驱动,使极性不同的像素(点)按方格花纹排列。
而在扫描天线中,闪烁本身不会成为问题。即,液晶电容的静电电容值是所希望的值即可,各帧中的极性的空间分布不会成为问题。因此,从低功耗等的观点出发,优选减小从源极总线供给的数据信号Vda的极性反转的次数,即延长极性反转的周期。例如像图18的(e)所示,只要将极性反转的周期设为10H(按每5H进行极性反转)即可。当然,当连接到各源极总线的天线单元的数量(典型地与栅极总线的个数相等。)设为m个时,也可以将数据信号Vda的极性反转的周期设为2m·H(按每m·H进行极性反转)。数据信号Vda的极性反转的周期也可以等于2帧(按每一帧进行极性反转)。
另外,也可以将从所有源极总线供给的数据信号Vda的极性设为相同。因此,例如可以在某一帧,从所有源极总线供给正极性的数据信号Vda,在下一帧,从所有源极总线供给负极性的数据信号Vda。
或者,还可以将从彼此相邻的源极总线供给的数据信号Vda的极性设为互为相反极性。例如在某一帧,从奇数列的源极总线供给正极性的数据信号Vda,从偶数列的源极总线供给负极性的数据信号Vda。然后,在下一帧,从奇数列的源极总线供给负极性的数据信号Vda,从偶数列的源极总线供给正极性的数据信号Vda。这种驱动方法在LCD面板中被称为源极线反转驱动。若将从邻接的源极总线供给的数据信号Vda设为相反极性,则使在帧之间供给的数据信号Vda的极性反转之前,将邻接的源极总线相互连接(使其短路),由此能使充电到液晶电容的电荷在邻接的列之间抵消。因而,可得到如下优点,即能减小在各帧从源极总线供给的电荷量。
如图18的(f)所示,缝隙电极的电压Vidc例如是DC电压,典型地是接地电位。天线单元的电容(液晶电容和辅助电容)的电容值大于LCD面板的像素电容的电容值(例如与20英寸左右的LCD面板相比约30倍),因此不存在由TFT的寄生电容引起的馈通电压的影响,即使将缝隙电极的电压Vidc设为接地电位,将数据信号Vda以接地电位为基准设为正负对称的电压,向贴片电极供给的电压也成为正负对称的电压。在LCD面板中,考虑TFT的馈通电压,而调整对置电极的电压(共用电压),由此对像素电极施加正负对称的电压,但针对扫描天线的缝隙电压则不必这样,也可以是接地电位。另外,虽在图18中未图示,但向CS总线供给与缝隙电压Vidc相同的电压。
向天线单元的液晶电容施加的电压是相对于缝隙电极的电压Vidc(图18的(f))的贴片电极的电压(即,图18的(e)所示的数据信号Vda的电压),因此在缝隙电压Vidc是接地电位时,如图18的(g)所示,与图18的(e)所示的数据信号Vda的波形一致。
扫描天线的驱动所使用的信号的波形不限于上述的例子。例如像参照图19和图20并在下面说明的那样,也可以使用具有振动波形的Viac作为缝隙电极的电压。
例如能使用像在图19的(a)~(e)中例示那样的信号。在图19中,省略了向栅极总线供给的扫描信号Vg的波形,但在此,也使用参照图18的(a)~(c)所说明的扫描信号Vg。
如图19的(a)所示,与在图18的(e)中示出的同样地,例示数据信号Vda的波形按10H周期(每5H)进行极性反转的情况。在此,作为数据信号Vda,示出振幅为最大值|Vda max |的情况。如上所述,也可以使数据信号Vda的波形按2帧周期(每一帧)进行极性反转。
在此,如图19的(c)所示,缝隙电极的电压Viac设为极性与数据信号Vda(ON)相反,振动的周期与数据信号Vda(ON)相同的振动电压。缝隙电极的电压Viac的振幅与数据信号Vda的振幅的最大值|Vda max |相等。即,缝隙电压Viac设为极性反转的周期与数据信号Vda(ON)相同,极性与数据信号Vda(ON)相反(相相位差180°),成为在-Vda max 与+Vda max 之间振动的电压。
向天线单元的液晶电容施加的电压Vlc是相对于缝隙电极的电压Viac(图19的(c))的贴片电极的电压(即,图19的(a)所示的数据信号Vda(ON)的电压),因此在数据信号Vda的振幅以±Vda max 振动时,对液晶电容施加的电压如图19的(d)所示变成以Vda max 的2倍的振幅振动的波形。因而,为了将对液晶电容施加的电压Vlc的最大振幅设为±Vda max 而需要的数据信号Vda的最大振幅变成±Vda max /2。
通过使用这种缝隙电压Viac,能将数据信号Vda的最大振幅设为一半,因此可得到如下优点:例如能使用耐压为20V以下的通用的驱动器IC作为输出数据信号Vda的驱动器电路。
此外,如图19的(e)所示,为了将向天线单元的液晶电容施加的电压Vlc(断开)设为零,如图19的(b)所示,只要将数据信号Vda(断开)设为与缝隙电压Viac相同的波形即可。
例如考虑将对液晶电容施加的电压Vlc的最大振幅设为±15V的情况。作为缝隙电压使用图18的(f)所示的Vidc,设Vidc=0V时,图18的(e)所示的Vda的最大振幅变成±15V。而作为缝隙电压使用图19的(c)所示的Viac,将Viac的最大振幅设为±7.5V时,图19的(a)所示的Vda(ON)的最大振幅变成±7.5V。
在将向液晶电容施加的电压Vlc设为0V的情况下,只要将图18的(e)所示的Vda设为0V即可,图19的(b)所示的Vda(断开)的最大振幅只要设为±7.5V即可。
在使用图19的(c)所示的Viac的情况下,对液晶电容施加的电压Vlc的振幅与Vda的振幅不同,因此需要适当地转换。
还能使用图20中(a)~(e)中例示那样的信号。图20的(a)~(e)所示的信号与图19的(a)~(e)所示的信号同样地,将缝隙电极的电压Viac如图20的(c)所示设为振动的相位与数据信号Vda(ON)相差180°的振动电压。不过,如在图20的(a)~(c)中分别所示,将数据信号Vda(ON)、Vda(断开)以及缝隙电压Viac均设为在0V与正的电压之间振动的电压。缝隙电极的电压Viac的振幅等于数据信号Vda的振幅的最大值|Vda max |。
当使用这种信号时,驱动电路只要仅输出正的电压即可,这有助于低成本化。这样,即使是使用在0V与正的电压之间振动的电压,也如图20的(d)所示,对液晶电容施加的电压Vlc(ON)发生极性反转。在图20的(d)所示的电压波形中,+(正)表示贴片电极的电压高于缝隙电压,-(负)表示贴片电极的电压低于缝隙电压。即,对液晶层施加的电场的方向(极性)与其他例子同样进行反转。对液晶电容施加的电压Vlc(ON)的振幅是Vda max
此外,如图20的(e)所示,为了将向天线单元的液晶电容施加的电压Vlc(断开)设为零,如图20的(b)所示,只要将数据信号Vda(断开)设为与缝隙电压Viac相同的波形即可。
使参照图19和图20说明的缝隙电极的电压Viac振动(反转)的驱动方法若以LCD面板的驱动方法来说,则与使相对电压反转的驱动方法对应(有时被称为“普通反转驱动”。)。在LCD面板中,由于无法充分地抑制闪烁,所以不采用普通反转驱动。而在扫描天线中,闪烁不会成为问题,因此能使缝隙电压反转。例如按每一帧进行振动(反转)(将图19和图20中的5H设为1V(垂直扫描期间或者帧))。
在上述的说明中,说明了缝隙电极的电压Viac为施加一个电压的例子、即对全部贴片电极设置有共用的缝隙电极的例子,但也可以将缝隙电极与贴片电极的一行或两个以上的行对应地进行分割。在此,行是指借助TFT连接到一个栅极总线的贴片电极的集合。若这样将缝隙电极分割为多个行部分,则能使缝隙电极各部分的电压的极性相互独立。例如在任意的帧中,能将对贴片电极施加的电压的极性在连接到邻接的栅极总线的贴片电极之间设为互为相反的。这样,不仅能进行使极性按贴片电极的每一行反转的行反转(1H反转),还能进行使极性按每两个以上的行反转的m行反转(mH反转)。当然,可将行反转与帧反转组合。
从驱动的简单性的观点出发,优选在任意的帧中使对贴片电极施加的电压的极性全部相同且极性按每一帧反转的驱动。
<天线单元的排列、栅极总线、源极总线的连接例>
在本发明的实施方式的扫描天线中,天线单元例如排列成同心圆状。
例如在排列成m个同心圆的情况下,例如对各圆各设置一根栅极总线,设置合计m根栅极总线。当将发送接收区域R1的外径例如设为800mm时,m例如为200。当将最内侧的栅极总线设为第一个时,则在第一个栅极总线连接着n个(例如30个)天线单元,第m根栅极总线连接着nx个(例如620个)天线单元。
在这种排列中,连接到各栅极总线的天线单元的数量不同。另外,连接到构成最外侧的圆的nx个天线单元的nx根源极总线中的、也连接到构成最内侧的圆的天线单元的n根源极总线连接有m个天线单元,但连接到其他源极总线的天线单元的数量小于m。
这样,扫描天线中的天线单元的排列与LCD面板中的像素(点)的排列不同,通过栅极总线和/或源极总线连接的天线单元的数量不同。因而,当将全部天线单元的电容(液晶电容+辅助电容)设为相同时,通过栅极总线和/或源极总线连接的电负载不同。这样,存在向天线单元的电压的写入发生不匀的问题。
因此,为了防止该情况,优选例如通过调整辅助电容的电容值或调整连接到栅极总线和/或源极总线的天线单元的数量而使各栅极总线和各源极总线所连接的电负载大致相同。
<液晶层的体积削减>
如已经叙述的那样,本发明的实施方式的扫描天线使用相对于微波的介电各向异性Δε M (相对于可见光的双折射率Δn)较大的向列型液晶材料。微波区域的介电各向异性Δε M 较大的液晶材料例如含有异硫氰酸酯基(-NCS)或者硫氰酸酯基(-SCN)。此外,通常,液晶材料是多种液晶分子(液晶化合物)的混合物,因此不需要液晶材料所包含的所有液晶分子均具有异硫氰酸酯基或硫氰酸酯基。
异硫氰酸酯基或者硫氰酸酯基例如作为在下述的化学式(化1)中示出的原子团包含于液晶分子。
[化1]
LCD用的液晶材料也是价格高的材料,但微波区域的介电各向异性Δε M 大的液晶材料价格更高。另一方面,与LCD相比,扫描天线的液晶材料的利用率较低。LCD的像素开口率例如为80%以上,窄边框化也推进,液晶层的大部分利用于显示。相对于此,在扫描天线中,发送接收区域中的天线单元区域所占的面积率低至50%左右。进一步换言之,在天线单元区域内与天线性能相关的极其重要的区域是贴片电极周围,其区域的面积率例如低至10%左右。另外,为了不易受到来自密封部的离子性杂质或自由基的影响,若增大密封部与发送接收区域的距离(例如参照图28、图29),则在非发送接收区域也存在液晶层,液晶材料的利用效率进一步降低。
因此,在以下说明的实施方式中,削减液晶层的体积,使液晶材料的利用率提高,并使扫描天线的成本降低。
由于包含具有异硫氰酸酯基或硫氰酸酯基的液晶分子的液晶材料的电阻率较低,因此施加给液晶电容的电压的保持率较低。若液晶材料劣化,则电阻率进一步降低,电压保持率(有时简称为“VHR”。)进一步降低。若VHR降低,则不能使液晶分子向规定的方向取向(即,无法给微波所希望的相位差),因此天线特性降低。通过减少液晶材料的量,能够抑制由液晶材料的劣化所引起的、例如VHR的降低。液晶材料中的离子性杂质聚集在电极附近而能够引起界面极化等。因此,通过使液晶材料中的离子性杂质的总量降低,能够抑制VHR的降低。
对于以下说明的本发明的实施方式的扫描天线,TFT基板及缝隙基板中的一方的基板具有在与液晶层之间由树脂形成的突出层。突出层在由密封部包围的区域内,在比所述一个基板所具有的多个贴片电极或缝隙电极靠液晶层侧,以与多个贴片电极及多个缝隙均不重叠的方式配置。
扫描天线具有:排列有多个天线单元的发送接收区域、和非发送接收区域。天线单元区域由贴片电极、包含缝隙的缝隙电极的部分、以及它们之间的液晶层构成。在液晶层内,不包含于天线单元区域的部分无助于扫描天线的特性。因此,在本实施方式中,通过在不包含于天线单元区域的液晶层的部分设置突出层,从而削减液晶层的体积(即液晶材料的体积)。液晶层通过密封部被封在TFT基板与缝隙基板之间。由密封部包围的区域能够包含发送接收区域的全部及非发送接收区域的一部分。非发送接收区域所包含的液晶层不影响天线特性。因此,通过在非发送接收区域设置突出层,能够削减液晶层的体积。有时将配置于发送接收区域的突出层称为内侧突出层,将配置于非发送接收区域的突出层称为外侧突出层。扫描天线可以具有内侧突出层及外侧突出层双方,也可以具有任意一方。
另外,以下,对TFT基板及缝隙基板中的一方的基板具有突出层的例子进行说明,但突出层不仅设置于TFT基板及缝隙基板中的一方的基板,也可以设置于双方的基板。
参照图21~图29,对具备突出层的扫描天线的结构及其制造方法进行说明。此外,以下,对扫描天线内的液晶面板的结构进行说明。液晶面板在具有TFT基板、缝隙基板、以及设置在它们之间的液晶层LC、以下所例示的液晶面板100A~100N在突出层的结构、配置及其成方法方面具有特征。液晶面板100A~100N也能够适用于上述的任意的扫描天线。在表示液晶面板100A~100N的图21~图29中,有时对与在先的附图标记共同的构成要素标注共同的附图标记,并省略说明。
在图21中示出液晶面板100A的示意图。图21的(a)是剖视图,图21的(b)是俯视图。
液晶面板100A具有TFT基板101A、缝隙基板201A、以及设置在它们之间的液晶层LC。TFT基板101A的贴片电极15以及缝隙基板201A的缝隙电极55分别单独地例如由Al或Cu形成。贴片电极15以及缝隙电极55分别由未图示的取向膜覆盖。
如图21的(a)所示,液晶面板100A在不包含于天线单元区域U的液晶层LC的部分具有突出层44a。突出层44a与柱状间隔物42a一起形成于缝隙基板201A。即,缝隙基板201A在由密封部包围的区域内,在比缝隙电极55靠液晶层LC侧具有由树脂形成的突出层44a。突出层44a的厚度ha例如是液晶层LC的最大厚度da的20%以上且80%以下,优选是30%以上且70%以下。若突出层44a的厚度ha比液晶层LC的最大厚度da的20%小,则使液晶层LC的体积降低的效果变差。若突出层44a的厚度超过液晶层LC的最大厚度da的80%,则无法顺畅地注入液晶材料,例如,有可能产生气泡残留等的问题。突出层44a的侧面可以像图示那样倾斜,但也可以不倾斜。
此外,对于液晶材料的注入,与滴下注入法相比优选使用真空注入法。在采用真空注入法时,预先使用密封材料来使TFT基板101A与缝隙基板201A粘合。因此,能够预先充分地将密封材料固化,因此能够降低液晶材料被包含于未固化的密封材料的杂质(特别是,离子性杂质)污染的可能性。作为密封材料,与光固化性树脂相比适宜使用含有热固化性树脂的密封材料。突出层44a优选不仅设定厚度,还设定大小、形状,以使得不阻碍液晶材料的顺畅的注入。突出层44a的上表面优选是平坦的,也可以稍微倾斜。
另一方面,若采用滴下注入法,与真空注入法相比,液晶材料流动的范围较窄,因此对突出层44a的限制较宽松,但为了不阻碍液晶材料顺畅地流动扩展,优选不仅是突出层44a的厚度,也设定大小、形状,优选上表面是平坦的。这与后述的其他突出层也是同样的。
如图21的(b)所示,突出层44a以与贴片电极15及缝隙57均不重叠的方式配置。若突出层44a与贴片电极15或者缝隙57重叠,则存在使天线特性降低的担忧。具体地,从TFT基板101A以及缝隙基板201A的法线方向观察时,若将贴片电极15的宽度设为wp、缝隙57的宽度设为ws,从贴片电极15至突出层44a的距离设为dp、从缝隙57至突出层44a的距离设为ds,则优选满足dp>wp/10及ds>ws/10。
此外,这里所例示的缝隙57是长方形,但并不限于此,例如,也可以将长方形的短边设为圆弧,还可以为将长方形的角部进行R倒角的形状。同样地,这里所例示的贴片电极15也是长方形,但并不限于此,例如,也可以将长方形的短边设为圆弧,还可以为将长方形的角部进行R倒角的形状。
这里所例示的突出层44a具有多个岛状突出部44a(标注与突出层相同的附图标记)。多个岛状突出部44a离散地配置。各个岛状突出部44a以与贴片电极15及缝隙57满足上述的关系的方式配置。
从缝隙基板201A的法线方向观察时的、各个岛状突出部44a的平面形状可以是任意的。如之后若干所例示那样,可以是多边形(长方形、梯形、正方形、正六边形、正八边形等)、圆形、椭圆形。另外,如图21的(b)所例示那样,也可以将两个以上的岛状突出部相互连结。另外,平面形状为多边形或圆形的岛状突出部的上表面的大小可以实质上相等,也可以不同。若为相同平面形状且相同大小的岛状突出部,则例如得到能够将使用光刻工艺来形成突出层时的光掩模单纯化这样的优点。在使用规则的岛状突出部的情况下,岛状突出部的平面形状优选具有点对称的形状、例如正方形、正六边形、正八边形等正多边形或者圆。认为点对称性越高,液晶面板的面内的均匀性越高,有助于可靠性的提高。
当然,也可以使平面形状和/或大小不同的岛状突出部混合。进一步,平面形状也可以包含不规则的岛状突出部。若采用平面形状为不规则的岛状突出部,则比较容易在满足上述的关系的同时,增大占有面积。另外,若将各岛状突出部的形状、大小设为最适化,则与使用规则的岛状突出部的情况相比,能够显著提高液晶层的体积的削减效果。
突出层44a能够通过在缝隙电极55之上赋予感光性树脂层,并经由具有规定的图案的开口部的光掩模使感光性树脂层曝光、显影而形成。感光性树脂可以是负型也可以是正型。此外,也可以在缝隙电极55上形成有绝缘层(例如第四绝缘层58)。此时,突出层44a形成在绝缘层上。可以具有覆盖缝隙电极55的绝缘层对于以下所例示的液晶面板100B~100N也是同样的。
柱状间隔物42a也使用感光性树脂层来形成。因此,能够由相同的感光性树脂层形成突出层44a和柱状间隔物42a。例如,使用半色调掩模,并将相同的感光性树脂层曝光/显影,由此能够同时形成突出层44a与柱状间隔物42a。
在图22中示出液晶面板100B的示意图。图22的(a)是剖视图,图22的(b)是俯视图。
液晶面板100B也与液晶面板100A同样地,突出层44b与柱状间隔物42b一起形成于缝隙基板201B。液晶面板100B在柱状间隔物42b形成在突出层44b上的方面上与液晶面板100A不同。另外,突出层44b形成为包围多个缝隙57的连续的树脂层。突出层44b可以遍及缝隙基板201B的整个面地形成为一个连续的树脂层,也可以由作为分别包围多个缝隙57的每一个的连续的树脂层的多个树脂层形成。突出层44b具有与天线单元区域U对应的开口部44A。
液晶面板100B的突出层44b的厚度与液晶面板100A的突出层44a同样地,例如为液晶层LC的最大厚度的20%以上且80%以下,优选为30%以上且70%以下。另外,从TFT基板101B及缝隙基板201B的法线方向观察时,若将贴片电极15的宽度设为wp,将缝隙57的宽度设为ws,将从贴片电极15至突出层44b的距离设为dp,将从缝隙57至突出层44b的距离设为ds,则优选满足dp>wp/10及ds>ws/10。关于突出层44a、44b的厚度、以及距贴片电极15及缝隙57的距离的上述优选关系对于以下所例示的液晶面板100C~100N也是同样的。
柱状间隔物42b形成在突出层44b上,因此能够将柱状间隔物42b与突出层44b一体地形成。例如,使用半色调掩模,并对相同的感光性树脂层进行曝光/显影,由此能够同时形成突出层44b与柱状间隔物42b。
如图21及图22所例示的那样,突出层优选形成于缝隙基板。成为突出层的基底的缝隙电极或者覆盖缝隙电极的绝缘层的表面是平坦的,其结构也是均匀的,因此在使用感光性树脂层来形成突出层时,能够得到均匀的条件。例如,感光性树脂层的厚度为恒定,并且,来自曝光时的基底的反射的影响也是均匀的。也能够组合图21的结构与图22的结构,但若考虑突出层的均匀性,优选采用任意一方。
接下来,在图23的(a)中示出液晶面板100C的示意性剖视图,在图23的(b)中示出液晶面板100D的示意性剖视图。
图23的(a)所示的液晶面板100C与液晶面板100A同样地,缝隙基板201C具有突出层44c,但在TFT基板101C具有柱状间隔物32c的方面上与液晶面板100A不同。
在液晶层LC的厚度较大的情况下,不易使用感光性树脂来形成高度超5μm的柱状间隔物。在这样的情况下,若在TFT基板101C所具有的凸部31c之上形成柱状间隔物32c,则能够使柱状间隔物32c的高度为5μm以下。若与液晶面板100A同样地,将柱状间隔物32c形成于缝隙基板201C,则产生与TFT基板101C的凸部31c的对准偏离的问题,因此柱状间隔物32c优选形成于TFT基板101C。
凸部31c典型地含有金属层。TFT基板101C典型地具有用于形成栅极总线、源极总线以及贴片电极的三个金属层。即使在使用形成栅极总线或源极总线的金属层来形成贴片电极的情况下,也具有两个金属层。利用这些金属层及覆盖这些金属层的绝缘层来形成凸部31c。
图23的(b)所示的液晶面板100D与液晶面板100B同样地,缝隙基板201D具有突出层44d,但在TFT基板101D具有柱状间隔物32d的方面上与液晶面板100B不同。柱状间隔物32d由于与突出层44d抵接,因此不需要上述那样的高度,但突出层44d的占有面积越大,则越限制配置柱状间隔物32d的地方,因此可以配置成将突出层44d与柱状间隔物32d重叠。此时,柱状间隔物32d也可以形成在TFT基板101D所具有的凸部31d上。凸部31d与液晶面板100C所具有的凸部31c同样地,使用金属层及绝缘层而形成。
图24的(a)示出液晶面板100E的示意性剖视图,图24的(b)示出液晶面板100F的示意性剖视图。
如图24的(a)所示,在液晶面板100E中,突出层34e与柱状间隔物32e一起形成于TFT基板101E。即,TFT基板101E在由密封部包围的区域内,在比贴片电极15靠液晶层LC侧具有由树脂形成的突出层34e。在图中,突出层34e看起来形成为与贴片电极15同一级,但在形成贴片电极15之后形成突出层34e,因此突出层34e形成在比贴片电极15靠液晶层LC侧。
液晶面板100E除突出层34e及柱状间隔物32e形成在TFT基板101E侧的方面以外,具备与液晶面板100A同样的特征。
图24的(b)所示的液晶面板100F也与液晶面板100E同样地,突出层34f与柱状间隔物32f一起形成于TFT基板101F。液晶面板100F除突出层34f及柱状间隔物32f形成在TFT基板101F侧的方面以外,具备与液晶面板100B相同的特征。
图25的(a)示出液晶面板100G的示意性剖视图,图25的(b)示出液晶面板100H的示意性剖视图。
图25的(a)所示的液晶面板100G除突出层34g及柱状间隔物32g形成在TFT基板101G的凸部31g上的方面以外,具备与液晶面板100E相同的特征。凸部31g与液晶面板100C的凸部31c同样地,利用金属层及覆盖这些金属层的绝缘层而形成。在凸部31g上形成突出层34g及柱状间隔物32g,由此得到能够降低它们的高度这样的优点。
图25的(b)所示的液晶面板100H除突出层34h形成在TFT基板101H的凸部31h上的方面以外,具备与液晶面板100F相同的特征。通过在凸部31h上形成突出层34h,由此得到能够降低突出层34h的高度这样的优点。
接下来,参照图26及图27,来对突出层的平面形状及配置的变化进行说明。这里,对配置在发送接收区域R1的内侧突出层的平面形状及配置进行说明。在图26及图27中,缝隙57及贴片电极15的配置构成图2的(b)所例示那样的排列成同心圆状的天线单元。当然,缝隙57及贴片电极15的配置并不限于此。
图26的(a)是液晶面板100I的示意性俯视图,图26的(b)是液晶面板100J的示意性俯视图。
图26的(a)所示的液晶面板100I具有平面形状为不规则的岛状突出部44i。多个岛状突出部44i的形状、大小各异。各个岛状突出部44i如上述那样,若将贴片电极15的宽度设为wp,将缝隙57的宽度设为ws,将从贴片电极15至突出层44i的距离设为dp,将从缝隙57至突出层44i的距离设为ds,则优选以满足dp>wp/10及ds>ws/10的方式配置。若采用平面形状为不规则的岛状突出部44i,则比较容易地在满足上述的关系的同时,增大占有面积。另外,若将各岛状突出部44i的形状、大小设为最适化,则能够显著提高液晶层的体积的削减效果。
图26的(b)所示的液晶面板100J具有平面形状为梯形的岛状突出部44j。多个岛状突出部44j的平面形状均是梯形,但大小根据位置稍微不同。为了在满足上述的关系的同时,增大占有面积。
图27的(a)是液晶面板100K的示意性俯视图,图27的(b)是液晶面板100L的示意性俯视图。
图27的(a)所示的液晶面板100K的平面形状具有圆形的岛状突出部44k。多个岛状突出部44k的平面形状及大小均相同。图27的(b)所示的液晶面板100L的平面形状具有正六边形的岛状突出部441。多个岛状突出部441的平面形状及大小均相同。正六边形的朝向与周围的贴片电极15和/或缝隙57的朝向相应地改变。
如图27的(a)及图27的(b)所示,若使用具有恒定的平面形状及大小的岛状突出部,则例如得到将使用光刻工艺来形成突出层时的光掩模的设计简化。
在液晶面板100A~100L中,对于设置于发送接收区域R1的内侧突出层进行了说明,但接下来,参照图28及图29,来对设置于非发送接收区域R2的外侧突出层进行说明。
图28所示的液晶面板100M的由密封部73m包围的区域包含发送接收区域R1的全部及非发送接收区域R2的一部分,在非发送接收区域R2配置有外侧突出层46m。在非发送接收区域R2不需要液晶层LC,因此能够在由密封部73m包围的区域内的非发送接收区域R2的大部分设置外侧突出层46m。在图示的例子中,配置了四个外侧突出层46m,但也可以设置一个连续的外侧突出层。不过,为了不阻碍液晶材料的注入,优选确保流路。
另外,当在发送接收区域R1也形成上述的内侧突出层的情况下,能够使用与外侧突出层46m相同的感光性树脂层。此时,若由于内侧突出层与外侧突出层46m使结构(岛状突出部的大小等)大不相同,则有时无法以相同的曝光/显影条件形成所希望的结构。因此,优选将外侧突出层46m设为与内侧突出层相同的结构。不过,在形成外侧突出层46m的非发送接收区域R2中,由于不存在缝隙、贴片电极,因此与内侧突出层相比,能够在外侧突出层46m以高密度配置岛状突出部。即,与内侧突出层的体积相对于发送接收区域R1的液晶层LC的体积的比率相比,能够增大外侧突出层46m的体积相对于由密封部73m包围的区域内的非发送接收区域R2的液晶层LC的体积的比率。
图29所示的液晶面板100N是通过将四张液晶面板平铺来制作扫描天线的液晶面板时的一张液晶面板。该情况下,也与液晶面板100M同样地,在由密封部73n包围的区域内的非发送接收区域R2形成外侧突出层46n。外侧突出层46n也也可以由多个岛状突出部构成。
若采用真空注入法,则通过主密封部73n使TFT基板101N与缝隙基板201N贴合、在从注入口注入液晶材料之后,通过端密封73e将注入口密封。通过在注入口附近形成多个凸部48,由此能够使液晶材料的流动均匀。也可以使用与内侧突出层和/或外侧突出层相同的感光性树脂层来形成该凸部48。
<液晶层的分割>
在上述的实施方式中,通过设置突出层,削减液晶层的体积。在下述的实施方式中,将液晶层分割成多个液晶区域,并仅在需要的区域配置液晶区域,由此使液晶材料的利用率提高。因此,本实施方式的扫描天线与设置突出层的在先的实施方式的扫描天线同样地,能够使因液晶材料的使用量的降低而引起的成本的降低,并且抑制VHR的降低。
此外,在本实施方式的扫描天线中,有时将包围各个液晶区域的密封部称为独立密封部,将目前为止的实施方式的扫描天线中的、至少包围非发送接收区域的整体的密封部称为外周密封部。外周密封部包围液晶层的整体。在分割面板的情况下,外周密封部包围各分割面板的液晶层的整体。独立密封部及外周密封部均将TFT基板与缝隙基板相互粘合。
在本实施方式的扫描天线中,能够省略外周密封部。不过,从TFT基板与缝隙基板的粘合可靠性的观点来看,优选设置外周密封部。另外,外周密封部也能够包含传输部。对于外周密封部的结构,可以与目前为止的实施方式的扫描天线所具有的液晶面板的密封部的结构相同,因此,以下,主要对扫描天线所具有的液晶面板的独立密封部的结构及形成方法进行说明。此外,在本实施方式的扫描天线所具有的液晶面板的制造方法中,液晶材料通过滴下注入法被注入。
以下,参照图30~图35,来对具备独立密封部的扫描天线的结构及其制造方法进行说明。此外,以下,对扫描天线内的液晶面板的结构进行说明。以下所例示的液晶面板100P1~100R1a在独立密封部的结构、配置及其形成方法上具有特征。液晶面板100P1~100R1a也能够适用于上述的扫描天线的任一种。在图30~图35中,有时对与在先的附图共用的构成要素标注共用的附图标记,并省略说明。
图30的(a)~(c)是具有独立密封部的液晶面板的示意图,图30的(a)是表示液晶面板100P1的独立密封部75p1与缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图,图30的(b)是液晶面板100P1的示意性剖视图,图30的(c)是表示液晶面板100Q1的独立密封部75q1与缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图。
如图30的(a)及(b)所示,液晶面板100P1具有TFT基板101P1、缝隙基板201P1、以及设置在它们之间的液晶层LC。液晶层LC通过独立密封部75p1被分割成多个液晶区域LCr。TFT基板101P1的贴片电极15及缝隙基板201P1的缝隙电极55分别单独地例如由Al或Cu形成。贴片电极15及缝隙电极55分别由未图示的取向膜覆盖。此外,典型地,取向膜以覆盖柱状间隔物42p1的方式形成。
如图30的(a)所示,液晶面板100P1具有以包围贴片电极15及缝隙57的方式设置的独立密封部75p1。在由独立密封部75p1包围的区域形成有液晶区域LCr。即,液晶面板100P1的独立密封部75p1设置于每个天线单元U。
独立密封部75p1为了不带给天线特性不良影响,优选以距缝隙57及贴片电极15一定以上的距离的方式配置。从TFT基板101P1及缝隙基板201P1的法线方向观察时,若将贴片电极15的宽度设为wp,将缝隙57的宽度设为ws,将从贴片电极15到独立密封部75p1的距离设为dps,将从缝隙57到独立密封部75p1的距离设为dss,则优选满足dps>wp/5及dss>ws/5。
密封材与用于突出层的形成的感光性树脂相比,含有较多的杂质(特别是离子性杂质),担心其溶出于液晶材料中,使天线特性降低。因此,优选从贴片电极15到独立密封部75p1的距离dps、从缝隙57到独立密封部75p1的距离dss分别设定成大于在先的实施方式的扫描天线中的从贴片电极到突出层的距离dp、从缝隙到突出层的距离ds。
为了尽可能地减少液晶材料的量,如图30的(a)及(b)所示的液晶面板100P1那样,优选由独立密封部75p1包围各个天线单元U,针对每个天线单元U形成液晶区域LCr。另外,此时,优选将各独立密封部75p1的形状(包含大小)设为相同。能够抑制液晶区域LCr间的偏差,并抑制天线单元U间的性能的偏差。另外,也得到能够将独立密封部的形成(密封图案的描绘)、及各液晶区域LCr的形成(液晶材料的滴下)工序单纯化这样的优点。
另外,如图30的(a)所示,独立密封部75p1优选具有关于对应的天线单元U所具有的缝隙57的长轴AS线对称的平面形状。通过使针对独立密封部75p1的贴片电极15及缝隙57的影响均匀,能够抑制天线单元U的性能的降低。缝隙57例如像例示那样是长方形,但并不限于此,例如,也可以是用半圆置换沿着长方形的长轴AS的两端后的形状等,局部包含曲线。
如图30的(b)所示,优选柱状间隔物42p1配置在液晶区域LCr的外侧。为了削减液晶材料,独立密封部75p1被包围的区域(液晶区域LCr)只要满足上述的关系,则可以尽可能小。于是,由于缝隙57及贴片电极15与独立密封部75p1之间的距离较小,因此不宜在它们之间配置柱状间隔物42p1。当然,出于某种原因,在缝隙57及贴片电极15与独立密封部75p1之间设置足够的距离的情况下,也可以将柱状间隔物设置在液晶区域LCr内。不过,该情况下,以不阻碍液晶材料在由独立密封部75p1包围的区域内均匀地扩展(流动)的方式配置柱状间隔物。柱状间隔物也可以配置在液晶区域LCr内、与液晶区域LCr的外侧双方。
密封材通常含有固化性树脂(紫外线固化性树脂或热固化性树脂)与粒状间隔物(例如,树脂珠或硅珠)。粒状间隔物当然与单元间隙相应地被决定。有时粒状间隔物的大小由于独立密封部、和外周密封部而不同。独立密封部形成于发送接收区域,因此有时基底的厚度与设置有外周密封部的区域不同。另外,也可以使独立密封部75p1用的密封材料混入粒状间隔物。在使独立密封部75p1包含粒状间隔物的情况下,也可以降低柱状间隔物42p1的配置密度。
在本实施方式的扫描天线所具有的液晶面板的制造方法中,液晶材料通过滴下注入法被注入。因此,液晶材料与未固化的密封材料接触,因此优选使用密封材料所包含的杂质(特别是离子性杂质)较少的密封材料。从不易污染液晶材料这一方面来看,与紫外线固化树脂相比优选使用热固化性树脂。另外,优选在滴下液晶材料之前,尽可能地从未固化的密封材去除溶剂及水分。例如,优选在描绘密封材料之后,并在滴下液晶材料之前,通过加热和/或减压,将未固化的密封材料所包含的水分去除。
独立密封部75p1与外周密封部同样地,通过在利用使用现有的涂布器的描绘系统描绘密封材料之后,为了从未固化的密封材料去除溶剂及水分,进行临时烘烤,之后,将TFT基板101P与缝隙基板201贴合,进行正式烘烤,将密封材料所包含的热固化性树脂进行固化而形成。作为用于密封材料的热固化性树脂,适宜使用环氧树脂,例如能够使用KAYATORONML-3600P5E(日本化药株式会社)。临时烘烤条件例如为70℃、1分钟,正式烘烤条件例如为130℃、40分钟。
成为独立密封部75p1及外侧密封部的密封图案通过同一工序被描绘。这里,同一工序描绘是指在成为独立密封部75p1的密封图案及成为外侧密封部的密封图案双方的描绘结束之后,转移到下一工序,即临时烘烤工序。如在先说明的那样,有时由于独立密封部75p1用的密封材料、和外周密封部用的密封材料而在粒状间隔物的粒状间隔物的有无或者粒状间隔物的粒径上不同。此外,优选任何密封材料均含有热固化性树脂,优选含有相同的热固化性树脂。即,除粒状间隔物的有无或者粒状间隔物的粒径不同以外,优选使用相同的密封材料。通过使临时烘烤、正式烘烤中的热固化性树脂的固化反应的进行的程度一致,能够提高液晶面板100P1的结构的稳定性(例如,两张基板的粘合强度的稳定性、面内的均匀性)。
独立密封部75p1形成于TFT基板101P1及缝隙基板201P1中的任意一个,但如这里例示那样,优选形成于缝隙基板201P1。是因为能够对缝隙基板201P1的缝隙57以较高的尺寸精度赋予密封材料。例如,能够使用照相机及图像识别系统来以较高的精度测定缝隙57的位置,并且对密封材料进行描绘。另外,也能够将密封材料的宽度与位置相应地进行调整。例如,在邻接的缝隙间的距离较短的情况下,也可以局部以较窄的宽度描绘。另外,在两个以上的描绘图案接触的情况下,也可以将接触的部分的宽度描绘得较窄。独立密封部75p1及外侧密封部的宽度例如是400μm以上且800μm以下。这在当前LCD中是通常的密封宽度。
独立密封部75p1能够进行各种改变。例如,如图30的(c)所示,像液晶面板100Q1所具有的独立密封部75q1那样,也可以是用半圆置换沿着包围长方形的缝隙57的长方形的长轴AS的两端后的形状等、局部包含曲线。独立密封部75q1也具有关于与对应的天线单元U所具有的缝隙57的长轴AS线对称的平面形状。
接着,参照图31的(a)及(b),来对液晶面板100R1所具有的独立密封部75r1的结构进行说明。图31的(a)是表示液晶面板100R1的独立密封部75r1与缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图,图31的(b)是液晶面板100R1的示意性剖视图。
液晶面板100R1所具有的独立密封部75r1以包围多个天线单元U的方式形成。即,也可以设置与多个天线单元U内的相互邻接的两个以上的天线单元对应的一个液晶区域LCr。对于与一个液晶区域LCr对应设置的天线单元U的数量没有特别地限制,能够与天线单元U的排列相应地适当进行设定,以使得用独立密封部75r1高效地进行包围。
也能够将具有独立密封部的结构、与在先的实施方式中的突出层组合。
图32的(a)~(c)是具有独立密封部和突出层的液晶面板的示意图,图32的(a)是表示液晶面板100P2的独立密封部75p2与突出层44p2、缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图,图32的(b)是液晶面板100P2的示意性剖视图,图32的(c)是表示液晶面板100Q2的独立密封部75q2与突出层44q2、缝隙57及贴片电极15的配置关系的示意性俯视图。图32的(a)~(c)分别示出在图30的(a)~(c)所示的液晶面板100P1、100Q1进一步设置突出层的结构。
如图32的(a)及(b)所示,液晶面板100P2具有TFT基板101P2、缝隙基板201P2、以及设置在它们之间的液晶层LC。液晶层LC通过独立密封部75p2被分割成多个液晶区域LCr。缝隙基板201P2在比缝隙电极55靠液晶层LC侧具有由树脂形成的突出层44p2。突出层44p2以与贴片电极15及缝隙57均不重叠的方式配置,独立密封部75p2及柱状间隔物42p2形成在突出层44p2上。
在图32的(a)中,以包围突出层44p2的液晶区域LCr的侧面、与独立密封部75p2的内表面一致的方式进行图示,但包围突出层44p2的液晶区域LCr的侧面也可以侵入到由独立密封部75p2包围的区域内。不过,如在先的实施方式中说明的那样,若将从贴片电极15到突出层44p2的距离设为dp,将从缝隙57到突出层44p2的距离设为ds,则优选满足dp>wp/10及ds>ws/10。另一方面,若将从贴片电极15到独立密封部75p2的距离设为dps,将从缝隙57到独立密封部75p2的距离设为dss,则优选满足dps>wp/5及dss>ws/5。因此,突出层44p2与独立密封部75p2相比,能够接近贴片电极15及缝隙57而形成。
若设置突出层44p2,并在突出层44p2上形成独立密封部75p2,则得到不仅能够减小液晶区域LCr的体积,也能够减小独立密封部75p2的体积这样的优点。若将图32的(b)与图30的(b)进行比较则可知,图32的(b)的独立密封部75p2与图30(b)的独立密封部75p1相比,仅突出层44p2的部分,高度较低。如上述那样,由于存在密封材料污染液晶材料的担忧,因此优选密封材料的体积较小。即,可以说如图32的(a)及(b)所示的、在突出层44p2上具有独立密封部75p2的液晶面板100P2与图30的(a)及(b)所示的液晶面板100P1相比,可靠性优异。
同样地,相对于图30的(c)所示的液晶面板100Q1,如图32的(c)所示的液晶面板100Q2那样,若采用设置突出层44q2,并在突出层44q2上形成独立密封部75q2的结构,则能够使可靠性提高。
突出层如在上述的实施方式中说明的那样,例如,也可以像图33所示的液晶面板100P3的突出层34p3那样,设置于TFT基板101P3。此时,优选在突出层34p3上形成独立密封部75p3及柱状间隔物32p3。在将柱状间隔物32p3形成在突出层34p3上的情况下,如在上述的实施方式中说明的那样,能够由同一树脂层形成。
参照图34的(a)及(b),对液晶面板100R2具有的独立密封部75r2及突出层44r2的结构进行说明。图34的(a)及(b)分别示出在图31的(a)及(b)所示的液晶面板100R1进一步设置突出层44r2的结构。
如液晶面板100R2那样,若与多个天线单元U对应地设置液晶区域LCr,则在液晶区域LCr内存在无助于天线特性的部分(例如,图34的(b)的两个天线单元U之间的部分)。因此,由设置突出层44r2而产生的液晶材料的削减效果与针对每个天线单元设置液晶区域LCr的情况相比变大。
如在先的实施方式中说明的那样,突出层能够以各种方式设置。例如,如图35所示的液晶面板100R1a那样,也可以对无助于与邻接的两个天线单元U对应设置的液晶区域LCr内的天线特性的部分与柱状间隔物42r分开地设置突出层44r。具有这样的突出层44r的液晶面板100R1a与图31所示的液晶面板100R1相比,能够削减液晶材料。
本发明的实施方式的扫描天线根据需要例如收纳于塑料制的箱体。优选对箱体使用不影响微波的发送接收的介电常数ε M 小的材料。另外,也可以在箱体的与发送接收区域R1对应的部分设置贯通孔。进一步,也可以设置遮光结构,以使液晶材料不暴露于光中。遮光结构例如设置成对从TFT基板101的电介质基板1和/或缝隙基板201的电介质基板51的侧面在电介质基板1和/或电介质基板51内传播,并向液晶射入的光进行遮光。介电各向异性Δε M 大的液晶材料,有的易于发生光劣化,优选不仅对紫外线,也对可见光中短波长的蓝色光进行遮光。例如通过使用黑色的粘合胶带等遮光性的胶带而能在需要的部位容易地形成遮光结构。
本发明的实施方式例如应用于移动体(例如船舶、飞机、汽车)所搭载的卫星通信、卫星广播用的扫描天线及其检查中。
附图标记说明
1:电介质基板
2:基底绝缘膜
3:栅极电极
4:栅极绝缘层
5:半导体层
6D:漏极接触层
6S:源极接触层
7D:漏极电极
7S:源极电极
7p:源极连接布线
11:第一绝缘层
15:贴片电极
15p:贴片连接部
17:第二绝缘层
19g:栅极端子用上部连接部
19p:传输端子用上部连接部
19s:源极端子用上部连接部
21:对准标记
23:保护导电层
31c、31d、31g、31h:凸部
32c、32d、32e、32f、32g:柱状间隔物
34e、34f、34g、34h:突出层
42a、42b:柱状间隔物
44A:开口部
44a、44b、44c、44d:突出层
44i、44j、44k、44l:岛状突出部
46m、46n:外侧突出层
48:凸部
51:电介质基板
52:第三绝缘层
54:电介质层(空气层)
55:缝隙电极
55L:下层
55M:主层
55U:上层
55c:接触面
57:缝隙
58:第四绝缘层
60:上部连接部
65:反射导电板
67:粘合层
68:加热用电阻膜
70:供电装置
71:导电性珠
72:供电销
73:密封部
75p1、75p2、75p3、75q1:75q2:单独密封部75r1:75r2:单独密封部
100P1、100P2、100P3:液晶面板
100Q1、100Q2:液晶面板
100R1、100R1a、100R2:液晶面板
101、102、103、104:TFT基板
201、203:缝隙基板
1000:扫描天线
CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6:接触孔
GD:栅极驱动器
GL:栅极总线
GT:栅极端子部
SD:源极驱动器
SL:源极总线
ST:源极端子部
PT:传输端子部
IT:端子部
LC:液晶层
R1:发送接收区域
R2:非发送接收区域
Rs:密封区域
U、U1、U2:天线单元、天线单元区域